Etude de la convection naturelle thermique dans un liquide à surface libre situé au dessus d'une paroi sinusoidale PDF Download
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L'AUTEUR ETUDIE THEORIQUEMENT LA CONVECTION NATURELLE EN REGIME LAMINAIRE TRANSITOIRE DANS UN VOLUME LIQUIDE SITUE AU-DESSUS D'UNE SURFACE SINUSOIDALE CHAUFFEE ET LIMITE PAR UNE SURFACE LIBRE. IL EXAMINE LES CAS OU LA DENSITE DU FLUX DE CHALEUR EST CONSTANTE PUIS VARIABLE. L'AUTEUR INTRODUIT DANS SES EQUATIONS LA FONCTION DE COURANT ET LE ROTATIONNEL DE LA VITESSE ET PRESENTE UN REFERENTIEL ORIGINAL, ISSU D'UNE TRANSFORMATION DE COORDONNEES DITE HOMOTOPIQUE, POUR FACILITER L'ECRITURE DES CONDITIONS AUX LIMITES. IL CALCULE LES CHAMPS DE VITESSE ET DE TEMPERATURE A L'AIDE D'UNE METHODE AUX DIFFERENCES FINIES ASSOCIEE A UNE ETUDE DE STABILITE. DES ECOULEMENTS SECONDAIRES ACCOMPAGNANT L'ECOULEMENT PRINCIPAL SONT MIS EN EVIDENCE
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L'AUTEUR ETUDIE THEORIQUEMENT LA CONVECTION NATURELLE EN REGIME LAMINAIRE TRANSITOIRE DANS UN VOLUME LIQUIDE SITUE AU-DESSUS D'UNE SURFACE SINUSOIDALE CHAUFFEE ET LIMITE PAR UNE SURFACE LIBRE. IL EXAMINE LES CAS OU LA DENSITE DU FLUX DE CHALEUR EST CONSTANTE PUIS VARIABLE. L'AUTEUR INTRODUIT DANS SES EQUATIONS LA FONCTION DE COURANT ET LE ROTATIONNEL DE LA VITESSE ET PRESENTE UN REFERENTIEL ORIGINAL, ISSU D'UNE TRANSFORMATION DE COORDONNEES DITE HOMOTOPIQUE, POUR FACILITER L'ECRITURE DES CONDITIONS AUX LIMITES. IL CALCULE LES CHAMPS DE VITESSE ET DE TEMPERATURE A L'AIDE D'UNE METHODE AUX DIFFERENCES FINIES ASSOCIEE A UNE ETUDE DE STABILITE. DES ECOULEMENTS SECONDAIRES ACCOMPAGNANT L'ECOULEMENT PRINCIPAL SONT MIS EN EVIDENCE
Author: Moses John Strydom Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 402
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ON PROPOSE UNE SOLUTION EXACTE SEMI-ANALYTIQUE, SOUS FORME DE SERIES DE FONCTIONS UNIVERSELLES, AUX EQUATIONS DES COUCHES LIMITES HYDRODYNAMIQUE ET THERMIQUE AU-DESSUS D'UNE PAROI SINUSOIDALE. CES FONCTIONS DEPENDENT SEULEMENT DE DEUX PARAMETRES: L'UN CARACTERISTIQUE DE LA VITESSE DU FLUIDE A L'EXTERIEUR DE LA COUCHE LIMITE; L'AUTRE CARACTERISTIQUE DU PROFIL DE LA PAROI
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L'évaporation par convection naturelle laminaire d'un film d'eau ruisselant sur une paroi plane inclinée soumise à un flux de chaleur uniforme de densité constante est analysée numériquement et expérimentalement. Le couplage des équations qui régissent les transferts dans les deux phases est assuré par la continuité des densités de flux de chaleur et de masse ainsi que par celles des contraintes de cisaillement. Les équations de transferts adimensionnelles sont discrétisées par la méthode des volumes finis et résolues par les algorithmes de Gauss et de Thomas. L'adéquation entre le champ de vitesse et de pression est assurée par l'algorithme SIMPLE. Les épaisseurs des phases liquide et vapeur sont calculées respectivement à partir de l'équation du bilan thermique et massique à l'interface liquide-vapeur par la méthode de la sécante et d'une procédure itérative basée sur la vérification des conditions aux limites avec le milieu ambiant.Les résultats sont présentés sous forme de profils de vitesses, de températures et de concentrations de vapeur d'eau dans les deux phases ainsi que par les nombres de Nusselt et de Sherwood locaux et moyens. Nous analysons l'influence du débit d'eau, de la densité de flux de chaleur et de l'angle d'inclinaison de la plaque sur les épaisseurs des deux phases, les distributions de températures, les vitesses, les concentrations de vapeur d'eau et les valeurs locales et moyennes des nombres de Nusselt et de Sherwood. Les résultats montrent notamment que les transferts de chaleur et de masse ainsi que les épaisseurs des phases liquide et vapeur sont fortement influencés par le débit d'eau, la densité de flux de chaleur et l'angle d'inclinaison de la plaque.
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LES AUTEURS ETUDIENT LA CONVECTION NATURELLE THERMIQUE LAMINAIRE PERMANENTE ET BIDIMENSIONNELLE ENTRE DEUX PLAQUES VERTICALES ENSERRANT UN MATERIAU POREUX ET TRAVERSEES PAR DES FLUX DE CHALEUR DE DENSITES CONSTANTES MAIS NON NECESSAIREMENT EGALES. ILS ADOPTENT L'EQUATION DE BRINKMAN COMPLETEE DU TERME D'INERTIE OU DE CELUI DE FORCHHEIMER, LES HYPOTHESES DE BOUSSINESQ ET LES SIMPLIFICATIONS DE LA COUCHE LIMITE. APRES ADIMENSIONNALISATION, LES EQUATIONS DE TRANSFERT SONT RESOLUES A L'AIDE D'UNE METHODE NUMERIQUE AUX DIFFERENCES FINIES. LES DISTRIBUTIONS DES VITESSES, DES TEMPERATURES ET DES PRESSIONS SONT DETERMINEES AINSI QUE DES QUANTITES ADIMENSIONNELLES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT. LES AUTEURS ETUDIENT NOTAMMENT LES INFLUENCES DES PARAMETRES DU SYSTEME, DE LA CONDITION D'ADHERENCE ET DES TERMES D'INERTIE ET DE FORCHHEIMER ; ILS DETERMINENT DES VALEURS APPROCHEES POUR LA VITESSE DE GLISSEMENT SUR LES PAROIS ; ILS MONTRENT QUE LE PRODUIT DES NOMBRES DE DARCY ET DE GRASHOF CONSTITUE UN PARAMETRE QUI PERMET DE PASSER CONTINUMENT DE L'EQUATION DE BRINKMAN A CELLE DE DARCY ET QU'AUX FAIBLES PERMEABILITES, CES DEUX EQUATIONS PERMETTENT DE PREDIRE DES RESULTATS IDENTIQUES. DANS CE DERNIER CAS, ILS COMPLETENT L'EQUATION DU MOUVEMENT DU TERME DE FORCHHEIMER ET MONTRENT QUE, LORSQU'UN CERTAIN NOMBRE ADIMENSIONNEL EST EGAL OU INFERIEUR A L'UNITE, LES RESULTATS DIFFERENT FONDAMENTALEMENT DE CEUX OBTENUS A L'AIDE DE LA LOI DE DARCY. ENFIN, ILS PROPOSENT DES CORRELATIONS PRATIQUES POUR DIFFERENTS DOMAINES DE VARIATIONS DES PARAMETRES DONNANT LA LONGUEUR D'ENTREE, LE DEBIT DU FLUIDE, LE NOMBRE DE NUSSELT MOYEN, LA TEMPERATURE MOYENNE DE SORTIE DU FLUIDE ET LES VITESSES PARIETALES DE GLISSEMENT.
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DANS CETTE ETUDE EXPERIMENTALE NOUS AVONS MESURE LES TRANSFERTS CONVECTIFS SUR UNE FACE VERTICALE D'UNE CAVITE PARALLELEPIPEDIQUE DE GRANDE HAUTEUR EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DES AUTRES FACES DE LA CAVITE. NOUS AVONS EN PARTICULIER MONTRE L'INFLUENCE DE LA TEMPERATURE DES FACES HORIZONTALES SUPERIEURE ET INFERIEURE ET DES DEUX FACES LATERALES SUR: 1) LA TEMPERATURE DE L'AIR AU CENTRE DE LA CAVITE; 2) LA STRATIFICATION DE LA TEMPERATURE DU CUR; 3) LES REPARTITIONS DE TEMPERATURE ET DE SES FLUCTUATIONS DANS LA COUCHE LIMITE; 4) LES ECHANGES CONVECTIFS LE LONG DE LA FACE VERTICALE CHAUDE. NOUS AVONS CLASSE LES CONFIGURATIONS DE TEMPERATURE EN FONCTION DE LEURS EFFETS SUR CES GRANDEURS. UNE MODELISATION DES TRANSFERTS CONVECTIFS EN CAVITE EST PROPOSEE EN DEFINISSANT UNE TEMPERATURE DE REFERENCE QUI TIENT COMPTE DE LA TEMPERATURE DE TOUTES LES PAROIS. NOUS MONTRONS QUE L'ECART DE TEMPERATURE RETENU DANS TOUTES LES ETUDES ANTERIEURES NE PERMET PAS DE MODELISER LES ECHANGES CONVECTIFS EN CAVITE
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Le présent travail apporte une contribution à la compréhension des mécanismes des transferts combinés de chaleur et de masse en convection naturelle lors de l'évaporation d'un film liquide d'eau d'épaisseur négligeable dans un canal vertical ondulé. L'écoulement est laminaire et bidimensionnel. Les équations régissant le phénomène sont résolues à l'aide d'une méthode aux volumes finis et le traitement du couplage vitesse-pression est réalisé par la méthode de projection. Les influences de la densité de flux de chaleur, de la température ainsi que l'humidité de l'air à l'entrée et la forme de la paroi du canal sur les transferts sont étudiées. Les résultats sont présentés sous la forme de ligne de courant, d'isothermes et d'iso-concentrations.Les simulations numériques effectuées ont permis l'étude détaillée de la structure de l'écoulement ainsi que des champs thermiques et massiques. Nous représentons également, les nombres de Nusselt et de Sherwood.
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L'auteur étudie numériquement la convection naturelle thermique, bidimensionnelle et laminaire d'un fluide newtonien se développant dans un thermosiphon dont les parois sont des plaques planes ou des surfaces hyperboliques, soumises à des densités de flux de chaleur égales et constantes ou maintenues à une temperature constante. Dans une première étape, l'auteur fait une étude comparative entre un modèle utilisant les approximations de la couche limite et le code de calcul SIMPLER en considérant le cas du thermosiphon constitué de deux parois planes verticales. Lorsque les parois du thermosiphon sont des surfaces hyperboliques les équations de transfert adimensionnelles, écrites dans un système de coordonnées elliptico-cylindriques, sont résolues à l'aide de la méthode des volumes de contrôle associé au schéma de la loi de puissance de Patankar. Les influences du nombre Grashof, du facteur de courbure et de la demi-hauteur sur les champs des températures et des vitesses, les transferts de chaleur et les valeurs des grandeurs de sortie sont analysés.
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CETTE THESE CONCERNE L'ETUDE NUMERIQUE DE LA CONVECTION NATURELLE THERMOSOLUTALE, OU DES GRADIENTS HORIZONTAUX DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATION SONT IMPOSES AUX PAROIS VERTICALES D'UNE ENCEINTE FERMEE. CETTE CONFIGURATION SE REFERE AU COUPLAGE POUVANT AVOIR LIEU LORS DU CHANGEMENT DE PHASE DANS DES SYSTEMES BINAIRES. ON ANALYSE L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES QUI CARACTERISENT LE PROBLEME SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE, AINSI QUE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT. DEUX SITUATIONS SONT ENVISAGEES. DANS LA PREMIERE, LES TEMPERATURES ET LES CONCENTRATIONS IMPOSEES AUX PAROIS VERTICALES DE LA CAVITE SONT CONSTANTES ET UNIFORMES, CE QUI PERMET L'ETUDE DU REGIME PERMANENT: UNE CORRELATION ORIGINALE POUR LE TRANSFERT DE MASSE EST ETABLIE. LA DECROISSANCE DU TRANSFERT DE CHALEUR AVEC L'ACCROISSEMENT DU RAPPORT DES FORCES DE VOLUME A NOMBRE DE LEWIS ELEVE EST MISE EN EVIDENCE, ET RELIEE A LA STRUCTURE MULTICELLULAIRE DE L'ECOULEMENT. LA SECONDE CONFIGURATION REPRESENTE LE PROBLEME DE LA FUSION D'UN SOLIDE PUR DANS UN LIQUIDE BINAIRE: L'EVOLUTION AU COURS DU TEMPS DE LA STRUCTURE DE CET ECOULEMENT NON STATIONNAIRE EST ANALYSEE. DANS LE CAS PARTICULIER OU LES FORCES DE VOLUME (THERMIQUE ET SOLUTALE) SONT EGALES ET OPPOSEES, ON MONTRE L'EXISTENCE D'UN SEUIL POUR LE NOMBRE DE RAYLEIGH EN DECA DE LAQUELLE LA SOLUTION DIFFUSIVE EST STABLE MEME DANS UNE COUCHE VERTICALE. LA VALEUR CRITIQUE EST DETERMINEE EN FONCTION DU NOMBRE DE LEWIS PAR UNE ETUDE DE STABILITE LINEAIRE, ET CONFIRMEE NUMERIQUEMENT. PAR AILLEURS, ON MONTRE QUE LA PRESENCE D'UN MAXIMUM DE DENSITE CARACTERISANT L'EAU ET LES SOLUTIONS AQUEUSES INFLUENCE FORTEMENT LA STRUCTURE D'ECOULEMENT DANS LE CAS DE SOLUTIONS DILUEES, AUSSI BIEN DANS LE CAS DE LA CONVECTION THERMIQUE QUE DANS LE CAS THERMOSOLUTAL
Author: Rachid Miri
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