Etude théorique et numérique des écoulements et des transferts de chaleur dans les canaux en rotation PDF Download
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LE REFROIDISSEMENT DES AUBES DE TURBINES PEUT S'EFFECTUER PAR CONVECTION INTERNE PAR L'INTERMEDIAIRE DE CIRCUITS DE GEOMETRIE PLUS OU MOINS COMPLEXE. LA ROTATION DE L'ENSEMBLE ENGENDRE UN ECOULEMENT SECONDAIRE QUI MODIFIE DE MANIERE SIGNIFICATIVE LA DISTRIBUTION DES TRANSFERTS THERMIQUES. LA PRESENCE DE PERTURBATEURS DONT LA FONCTION EST D'AMPLIFIER LA TURBULENCE ET PAR DELA LES ECHANGES, COMPLIQUE LES MECANISMES MOTEURS DE L'ECOULEMENT. CES DERNIERS DEPENDENT, DANS CE CAS, D'UNE MULTITUDE DE PARAMETRES GEOMETRIQUES ET DYNAMIQUES. UNE APPROCHE NUMERIQUE, FAISANT APPEL AU CODE DE CALCUL MATHILDA DEVELOPPE A L'ONERA, A PERMIS DE DEGAGER, A PARTIR DE GRANDEURS PREPONDERANTES COMME LA DIRECTION DE ROTATION, LA VITESSE ANGULAIRE ET LE DEBIT, DES CONDITIONS DE REFROIDISSEMENT OPTIMALES. PAR AILLEURS, DES CALCULS SUR DES CONFIGURATIONS DE TYPE INDUSTRIEL ONT ETE MENES. GLOBALEMENT, SI LA ROTATION EST SUFFISANTE, IL EST MONTRE QUE LES ECHANGES SONT AUGMENTES PAR INTENSIFICATION DU BRASSAGE CONVECTIF. MAIS LE BIEN FONDE DE LA DEMARCHE REPOSE SUR UNE VALIDATION SYSTEMATIQUE DU CODE. POUR CE FAIRE, DES CONFRONTATIONS AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ISSUS DE CONFIGURATIONS FIXES ONT ETE ENTREPRISES. ELLES ONT PERMIS D'ACQUERIR, AVANT D'ABORDER LA ROTATION, UNE BASE SOLIDE POUR LA COMPREHENSION DES PHENOMENES MIS EN JEU. LA QUALITE DE LA SIMULATION DEPEND INTIMEMENT DES MODELES DE TURBULENCE ET DES LOIS DE PAROI UTILISES. DANS CE GENRE DE CONFIGURATIONS, LES MODELES CLASSIQUES DE TYPE K- SOUFFRENT DES LIMITATIONS IMPOSEES PAR DES HYPOTHESES TROP RESTRICTIVES. SUR CE CONSTAT, UN MODELE PLUS ELABORE DE TYPE ASM, INTEGRANT LES EFFETS DE LA ROTATION, A ETE IMPLANTE DANS LE CODE. IL A FAIT L'OBJET DE VALIDATIONS ELEMENTAIRES SUR UN ENSEMBLE DE GEOMETRIES SIMPLES ET VARIEES
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LE REFROIDISSEMENT DES AUBES DE TURBINES PEUT S'EFFECTUER PAR CONVECTION INTERNE PAR L'INTERMEDIAIRE DE CIRCUITS DE GEOMETRIE PLUS OU MOINS COMPLEXE. LA ROTATION DE L'ENSEMBLE ENGENDRE UN ECOULEMENT SECONDAIRE QUI MODIFIE DE MANIERE SIGNIFICATIVE LA DISTRIBUTION DES TRANSFERTS THERMIQUES. LA PRESENCE DE PERTURBATEURS DONT LA FONCTION EST D'AMPLIFIER LA TURBULENCE ET PAR DELA LES ECHANGES, COMPLIQUE LES MECANISMES MOTEURS DE L'ECOULEMENT. CES DERNIERS DEPENDENT, DANS CE CAS, D'UNE MULTITUDE DE PARAMETRES GEOMETRIQUES ET DYNAMIQUES. UNE APPROCHE NUMERIQUE, FAISANT APPEL AU CODE DE CALCUL MATHILDA DEVELOPPE A L'ONERA, A PERMIS DE DEGAGER, A PARTIR DE GRANDEURS PREPONDERANTES COMME LA DIRECTION DE ROTATION, LA VITESSE ANGULAIRE ET LE DEBIT, DES CONDITIONS DE REFROIDISSEMENT OPTIMALES. PAR AILLEURS, DES CALCULS SUR DES CONFIGURATIONS DE TYPE INDUSTRIEL ONT ETE MENES. GLOBALEMENT, SI LA ROTATION EST SUFFISANTE, IL EST MONTRE QUE LES ECHANGES SONT AUGMENTES PAR INTENSIFICATION DU BRASSAGE CONVECTIF. MAIS LE BIEN FONDE DE LA DEMARCHE REPOSE SUR UNE VALIDATION SYSTEMATIQUE DU CODE. POUR CE FAIRE, DES CONFRONTATIONS AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ISSUS DE CONFIGURATIONS FIXES ONT ETE ENTREPRISES. ELLES ONT PERMIS D'ACQUERIR, AVANT D'ABORDER LA ROTATION, UNE BASE SOLIDE POUR LA COMPREHENSION DES PHENOMENES MIS EN JEU. LA QUALITE DE LA SIMULATION DEPEND INTIMEMENT DES MODELES DE TURBULENCE ET DES LOIS DE PAROI UTILISES. DANS CE GENRE DE CONFIGURATIONS, LES MODELES CLASSIQUES DE TYPE K- SOUFFRENT DES LIMITATIONS IMPOSEES PAR DES HYPOTHESES TROP RESTRICTIVES. SUR CE CONSTAT, UN MODELE PLUS ELABORE DE TYPE ASM, INTEGRANT LES EFFETS DE LA ROTATION, A ETE IMPLANTE DANS LE CODE. IL A FAIT L'OBJET DE VALIDATIONS ELEMENTAIRES SUR UN ENSEMBLE DE GEOMETRIES SIMPLES ET VARIEES
Author: Hamza Mahdhaoui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les caractéristiques des transferts de masse et de chaleur par convection forcée lors de l'évaporation du film liquide dans le canal en présence d'un cylindre carré poreux parcouru par un écoulement transversal sont étudiées numériquement. L'objectif principal de la présente étude est d'évaluer l'effet de l'introduction d'un cylindre carré poreux sur le transfert de chaleur et de masse. Plus précisément, cette étude examine l'influence de paramètres tels que l'humidité relative de l'air ambiant, la température de l'air à l'entrée, le flux de chaleur imposé, la position du cylindre, le taux de blocage et le nombre de Reynolds. Une comparaison entre les deux configurations, avec et sans cylindre carré poreux a été réalisée pour mettre en évidence l'effet de son ajout. Pour modéliser ce phénomène nous avons résolu l'équation classique de convection forcée et le modèle de Darcy-Brinkman-Forchheimer dans les milieux poreux. Nous avons trouvé que l'insertion d'un cylindre carré poreux dans le canal pourrait perturber l'écoulement et améliorer de manière significative les taux de transfert de masse et de chaleur au niveau des parois du canal. Les transferts de chaleur et de masse deviennent plus importants avec la diminution du nombre de Darcy et lorsque l'obstacle poreux est placé au milieu du canal. Par contre, l'augmentation de l'humidité relative de l'air ambiant et de la température d'entrée réduit le transfert de masse. A Da = 10-6, l'écoulement ne pénètre plus à travers le cylindre poreux, la structure de l'écoulement est similaire à celui d'un cylindre carré plein. Enfin, nous proposons des lois de corrélations qui permettent de prédire les valeurs des nombres de Sherwood et de Nusselt en fonction des nombres de Reynolds, de Biot et du taux de blocage.
Author: Pierre Maubert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 604
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LES ECOULEMENTS DANS LES CAVITES EN ROTATION SONT ETUDIES PAR APPROCHE NUMERIQUE. ON CONSIDERE DES GEOMETRIES SIMPLIFIEES DANS LESQUELLES SE DEVELOPPENT DES ECOULEMENTS AXISYMETRIQUES, EN REGIMES LAMINAIRE ET TRANSITIONNEL. LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES SONT ECRITES POUR UN FLUIDE DE BOUSSINESQ. DEUX MODELES NUMERIQUES SONT UTILISES, UNE METHODE PSEUDO-SPECTRALE DE TYPE COLLOCATION-CHEBYSHEV POUR LES CAVITES EN ROTATION D'ENSEMBLE ET UNE METHODE AUX ELEMENTS FINIS POUR LES CAVITES ROTOR-STATOR. LES SOLUTIONS ANALYTIQUES DETERMINEES A PARTIR DE L'ECOULEMENT SE DEVELOPPANT AU VOISINAGE D'UN DISQUE SONT GENERALISEES, POUR DES ECOULEMENTS LAMINAIRES, AUX GEOMETRIES ETUDIEES. POUR UNE CAVITE EN ROTATION D'ENSEMBLE, ON DECRIT LES TROIS TYPES DE REGIMES POUR LESQUELS SE DEVELOPPENT DES STRUCTURES DE COUCHES D'EKMAN. ON MONTRE QUE, SUIVANT LE RAPPORT DE FORME ET EN FONCTION DES TAUX DE ROTATION ET DE FLUX FORCE, DES INSTABILITES APPARAISSENT DANS L'ECOULEMENT. LES DIFFERENTES TRANSITIONS RESULTANTES SONT ANALYSEES ET CONFRONTEES AVEC DES ETUDES THEORIQUES ET EXPERIMENTALES. DIFFERENTES CONFIGURATIONS PRESENTANT DES GRADIENTS THERMIQUES PARALLELE ET PERPENDICULAIRE A L'AXE DE ROTATION SONT EGALEMENT ENVISAGEES. LES RESULTATS MONTRENT LE DECOUPLAGE POSSIBLE DES EFFETS DYNAMIQUE ET THERMIQUE. NOUS EFFECTUONS ALORS UNE COMPARAISON AVEC LES SOLUTIONS ASYMPTOTIQUES CORRESPONDANTES. DANS LE CAS DES CAVITES ROTOR-STATOR (ISOLEE ET AVEC VEINE EXTERNE), L'ETUDE PRESENTE L'INFLUENCE D'UN FLUX FORCE A VITESSE DE ROTATION FIXEE. UNE ANALYSE DES REGIMES D'ECOULEMENT ET UNE APPROCHE DU PHENOMENE DE REENTREE DE L'ECOULEMENT EXTERNE SONT TRAITEES. UNE COMPARAISON DES RESULTATS OBTENUS AVEC DES LOIS EXPERIMENTALES EST MENEE. UNE GEOMETRIE PLUS COMPLEXE, PRENANT EN COMPTE UN SYSTEME DE CHICANES, EST EGALEMENT ENVISAGEE
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CE TRAVAIL A POUR OBJET L'ANALYSE DU COUPLAGE CONDUCTION-CONVECTION FORCEE EN REGIME THERMIQUE VARIABLE, DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT FLUIDE ENTRE PLAQUES PARALLELES EPAISSES. IL S'AGIT DE PRECISER LA FONCTION DE TRANSFERT OBTENUE POUR UNE EXCITATION PERIODIQUE IMPOSEE A L'ENTREE DU FLUIDE. L'ETUDE COMPREND TROIS PARTIES: LA PREMIERE EST CONSACREE A L'ANALYSE THEORIQUE DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT LAMINAIRE A PLAN DIRECTEUR. LE COUPLAGE EST TRAITE EN ECRIVANT L'EGALITE DES FLUX ET DES TEMPERATURES A L'INTERFACE (CONDITION LIMITE DITE DE TYPE 4). UNE SOLUTION ANALYTIQUE A ETE DEVELOPPEE MOYENNANT L'HYPOTHESE D'UN PROFIL DE VITESSE UNIFORME (SLUG FLOW). CE PROBLEME EST EGALEMENT RESOLU A L'AIDE DU MODELE QUASI-STATIONNAIRE, LE COUPLAGE A L'INTERFACE EST ALORS ASSURE EN INTRODUISANT LA NOTION DE COEFFICIENT DE CONVECTION. LA DEUXIEME PARTIE CONCERNE LA SIMULATION NUMERIQUE D'UN ECOULEMENT FLUIDE EN REGIME LAMINAIRE ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES. LE CHAMP DYNAMIQUE EST CONSIDERE ETABLI PARABOLIQUE. LA REPONSE THERMIQUE EST ETUDIEE EN FONCTION DES DIFFERENTS PARAMETRES DU PROBLEME, TELS QUE LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE ET LES CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES DU FLUIDE ET DU SOLIDE. LE MODELE NUMERIQUE UTILISANT UNE FORMULATION EXPLICITE AUX DIFFERENCES FINIES EST VALIDE PAR RAPPORT A LA SOLUTION EXACTE DEVELOPPEE DANS LA PREMIERE PARTIE. EN REGIME TURBULENT, DES PROFILS CLASSIQUES DE DISTRIBUTION DE VITESSE ET DE VISCOSITE SONT UTILISES DANS UN MODELE PSEUDO-LAMINAIRE. LES RESULTATS SONT ALORS COMPARES A CEUX OBTENUS SIMPLEMENT PAR L'UTILISATION DU NOMBRE DE NUSSELT. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE A L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECOULEMENT D'EAU DANS UN CANAL RECTANGULAIRE DE SECTION 300 X 20 MM#2 ET DE LONGUEUR 3 M. LES PAROIS SONT EN ACIER INOXYDABLE DE 5 MM D'EPAISSEUR. LE FLUIDE ABORDE LE CANAL AINSI DEFINI AVEC UNE TEMPERATURE D'ENTREE EVOLUANT SELON UNE LOI TEMPORELLE PERIODIQUE. ON S'INTERESSE A LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE LONGITUDINALE DANS L'AXE DU CANAL ET A LA PAROI. EN PRATIQUE, NOUS DISPOSONS DE DEUX PARAMETRES, A SAVOIR LE NOMBRE DE REYNOLDS ET LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT CONFRONTES AUX MODELES PRECEDENTS
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Nous tentons dans ce travail de contribuer à la compréhension des mécanismes complexes qui mènent à la turbulence, dans le cas d'un écoulement dans un canal périodique à parois ondulées. L'écoulement est supposé incompressible, bidimensionnel et périodiquement développé. Parallèlement nous étudions le transfert thermique convectif associé à l'écoulement dans ces différents régimes. Les conditions thermiques sont celles d'une densité de flux constante sur les parois. Les deux problèmes (thermique et dynamique) sont découplés moyennant certaines hypothèses, ils sont approchés numériquement par un schéma aux différences finies en espace et un schéma à pas fractionnaires en temps. Dans un premier temps, nous déterminons les conditions générales d'instabilité dynamique de l'écoulement en terme de nombre de Reynolds critique, fréquences et amplitudes des oscillations, et du nombre d'onde associé. Pour cela, nous analysons l'évolution temporelle de la vitesse en un point du canal, à différents nombres de Reynolds, pour des calculs faits sur une ou deux périodes géométriques. Nous analysons les différentes bifurcations de l'écoulement super-critique et comparons la dispersion des fréquences par rapport à la théorie d'Orr-Sommerfeld. Nous nous intéressons également à la perte de charge, instantanée et moyenne, comme étant une caractéristique dynamique essentielle pour toute étude comparative. Ensuite, nous montrons quelques résultats des champs de températures de l'écoulement stationnaire, et des nombres de Nusselt locaux et moyens. Nous nous intéressons ensuite, a l'évolution temporelle de la temperature et du nombre de Nusselt instantané pour des écoulements instationnaires. Notre intérêt porte aussi sur les valeurs moyennes, qui seront comparées à celles d'un canal plan soumis à un même débit masse ou une même puissance de pompage. Cette étude comparative nous permettra de déterminer les conditions sous lesquelles le canal ondulé est thermiquement ou mécaniquement plus efficace qu'un canal plan. Enfin, nous validons le modèle dynamique par des mesures expérimentales.
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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.
Author: Gilles Chaineray
Author: Gilles Chaineray
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Author: Mohamed Mokhtar Soukeur
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Author: Olfa Mechergui