INFLUENCE DU RAYONNEMENT THERMIQUE SUR LES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE EN ESPACE CONFINE PDF Download

Author: YVES.. CLERGENT
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Languages : fr
Pages : 154

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CE MEMOIRE VISE A MONTRER QUE L'INFLUENCE DU RAYONNEMENT THERMIQUE EST SOUVENT NON NEGLIGEABLE LORS DES ETUDES EXPERIMENTALES DES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE DANS LES CAVITES DIFFERENTIELLEMENT CHAUFFEES ET A GRAND NOMBRE DE RAYLEIGH. CE TRAVAIL DE RECHERCHE SUR LES COUPLAGES CONVECTION-RAYONNEMENT EN CAVITE FERMEE EST DANS UN PREMIER TEMPS ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTAL. NOUS AVONS CONSTRUIT POUR CELA UNE MAQUETTE A RAPPORT DE FORME VOISIN DE L'UNITE POSSEDANT QUATRE PAROIS THERMOREGULABLES. LE NOMBRE DE RAYLEIGH RELATIF A LA HAUTEUR EST COMPRIS ENTRE 3.10 8 ET 1.10 9. LES CHAMPS DE TEMPERATURE SONT EXAMINES PAR INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL (IHTR) AU VOISINAGE D'UNE PAROI CHAUDE. CELLE-CI EST SOIT LA FACE HORIZONTALE SUPERIEURE (CONFIGURATION PLAFOND CHAUD) SOIT UNE FACE VERTICALE PREPAREE EN VUE DE PRESENTER UNE EMISSIVITE PROCHE DE 0.07 OU PROCHE DE 0.9. DEUX GAZ DE REMPLISSAGE AUX PROPRIETES D'ABSORPTION DIFFERENTES SONT UTILISES : L'ARGON TRANSPARENT DANS L'INFRAROUGE AFIN D'AVOIR UNE REFERENCE SANS LES EFFETS DU RAYONNEMENT ET LE DIOXYDE DE CARBONE, ABSORBANT. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT DES EFFETS MESURABLES DU TRANSFERT RADIATIF SUR LES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE. A LA SORTIE DES COUCHES LIMITES, LA NATURE DU GAZ AINSI QUE L'EMISSIVITE DES PAROIS ONT UNE INFLUENCE NON NEGLIGEABLE SUR LES PROFILS DE TEMPERATURE. POUR LA CONFIGURATION PLAFOND CHAUD, LE RAYONNEMENT ENTRAINE LA MISE EN MOUVEMENT DE L'ENSEMBLE DU FLUIDE A DES VITESSES DE L'ORDRE DU MILLIMETRE PAR SECONDE QUI, INTEGREES SUR DES SURFACES DE PLUSIEURS METRES CARRES, CONDUISENT A DES DEBITS ASCENDANTS IMPORTANTS AU SEIN DE LA CAVITE. CONCERNANT, LES ECHANGES DE CHALEUR ENTRE LA PAROI CHAUDE ET LE FLUIDE, LE COUPLAGE INDUIT DES DIFFERENCES OBSERVABLES MAIS SANS RAPPORT AVEC LES RESULTATS DE F. YGUEL A RAYLEIGH PLUS ELEVE DANS L'AIR. LES MECANISMES DE COUPLAGE RAYONNEMENT-CONVECTION EN CAVITE SONT ANALYSES EN DETAIL SUR LA BASE DE NOS RESULTATS DE MESURE PAR IHTR, ACCOMPAGNES DE CAMPAGNES DE SIMULATIONS NUMERIQUES BIDIMENSIONNELLES. IL S'AGIT D'UN CODE COMBINANT UN ALGORITHME RADIATIF DE TYPE MONTE-CARLO AVEC LA PRISE EN COMPTE DES PROPRIETES D'ABSORPTION D'UN GAZ REEL ET UN MODELE CONVECTIF DE TYPE VOLUME FINI DANS LE CADRE DU FORMALISME D'EVOLUTION PAR TRANSFERT (T.E.F.).

Author: Marc Fonquernie
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Languages : fr
Pages : 209

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EVALUAITON DES CHAMPS THERMIQUES DE CONVECTION ET DES REGIMES D'ECOULEMENT (POUR UN NOMBRE DE RAYLEIGH SUPERIEUR A 10**(10)) DANS UNE PIECE D'HABITATION CARACTERISEE PAR DES CONDITIONS DE TEMPERATURES DE SURFACE : UN MUR VERTICAL CHAUD, LE MUR OPPOSE FROID ET LES QUATRE AUTRES FACES A LA MEME TEMPERATURE

Author: VALERIE.. DESCHAMPS
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Languages : fr
Pages : 220

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LES ECOULEMENTS DUS A LA CONVECTION NATURELLE AUTOUR D'ELEMENTS CHAUFFANT HORIZONTAUX DE GRANDE LONGUEUR SONT ETUDIES NUMERIQUEMENT. DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AU CAS D'UN OU DEUX ELEMENTS CHAUFFANT CYLINDRIQUES IMMERGES DANS UNE CAVITE HORIZONTALE A SECTION CARREE. LES EQUATIONS DE CONSERVATION SONT RESOLUES A L'AIDE DU CODE DE CALCUL ELEMENTS FINIS FIDAP. LA CONFIGURATION DE L'ECOULEMENT ET LE NOMBRE DE NUSSELT MOYEN OBTENUS SONT TRES PROCHES DE CEUX DONNES PAR LES DIFFERENTS AUTEURS EN MILIEU INFINI. L'AJOUT D'UN SECOND CYLINDRE, DE MEME DIAMETRE, A L'INTERIEUR DE LA CAVITE PERTURBE L'ECOULEMENT AINSI QUE LE TRANSFERT DE CHALEUR. DEUX CAS SONT DISTINGUES, LES CYLINDRES SONT SOIT VERTICALEMENT SOIT HORIZONTALEMENT ESPACES. LORSQUE LES CYLINDRES SONT VERTICALEMENT ESPACES, DES CORRELATIONS ONT ETE OBTENUES POUR LE NOMBRE DE NUSSELT MOYEN POUR CHAQUE CYLINDRE. IL EXISTE UN NOMBRE DE RAYLEIGH CRITIQUE AU-DELA DUQUEL L'ECOULEMENT SE DISSYMETRISE ET DEVIENT INSTATIONNAIRE. SI, LORSQUE LES CYLINDRES SONT VERTICALEMENT ESPACES, CHAQUE ELEMENT CHAUFFANT JOUE SUR L'ECOULEMENT UN ROLE BIEN DISTINCT, DANS LE CAS DE CYLINDRES HORIZONTALEMENT ESPACES, LEUR INTERACTION EST SYMETRIQUE. DANS UNE SECONDE PARTIE, L'ELEMENT CHAUFFANT EST MODELISE PAR UN TERME DE SOURCE DANS L'EQUATION DE L'ENERGIE. DANS UNE PREMIERE ETAPE, LA MODELISATION AVEC UN CYLINDRE A ETE ETUDIEE POUR CARACTERISER L'INFLUENCE DU DIAMETRE DU CYLINDRE SUR L'ECOULEMENT. A PARTIR D'UN CYLINDRE DE DIAMETRE EGAL A 1/70 FOIS LA LARGEUR DE LA CAVITE, LES DEUX MODELES DONNENT DES RESULTATS TRES PROCHES. CETTE NOUVELLE MODELISATION MOINS COUTEUSE EN TEMPS DE CALCUL, NOUS A PERMIS D'ETUDIER PLUS PRECISEMENT LES DIFFERENTS REGIMES INSTATIONNAIRES

Author: N. D
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Languages : fr
Pages : 229

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Ce travail présente des résultats expérimentaux obtenus dans une cavité différentiellement chauffée de 4 m de hauteur. Dans cette étude, des cartographies de température (micro-thermocouples) et de vitesse (LDV 2D et PIV standard) ont été établies pour des écoulements de convection naturelle turbulente à grands nombres de Rayleigh (4,0x1010 ≤ RaH ≤ 1,2x1011) tout en respectant l'approximation de Boussinesq. L'exploitation des résultats expérimentaux a, entre autre, permis de caractériser la stratification thermique au centre de la cavité ainsi que son évolution en fonction du nombre de Rayleigh pour différentes émissivités des parois passives. En outre, cette caractérisation a permis de connaître les répartitions des flux échangés à la paroi, la typologie des écoulements au voisinage des parois actives et dans le plan vertical médian, ainsi que le cheminement du fluide dans la partie haute de la cavité. Ces résultats sont ensuite comparés à ceux obtenus dans d'autres cavités différentiellement chauffées de moindres dimensions étudiées antérieurement au laboratoire. L'ensemble de ces résultats montre une grande cohérence et nous permet de déterminer des lois d'évolution de la vitesse maximale atteinte dans la cavité et du transfert de chaleur aux parois en fonction du nombre de Rayleigh en régime laminaire et turbulent. En parallèle, une étude numérique 2D a été réalisée. Son objectif est d'étudier l'influence du rayonnement de surface ou volumique sur la structure de l'écoulement et sur les modes de transfert de chaleur. A cette fin, un module de transferts radiatifs a été implanté dans un code Volumes Finis de convection naturelle turbulente existant. La modélisation de la turbulence est réalisée par une approche LES avec un modèle de diffusivité de sous maille adapté à la convection naturelle. La partie rayonnement est traitée à l'aide d'un modèle de gaz gris par bande, associé à une méthode aux ordonnées discrètes. Une analyse de l'influence du rayonnement de parois et/ou de gaz sur les écoulements turbulents de convection naturelle est réalisée pour un nombre de Rayleigh de 1,2x1011.

Author: Daniel Palenzuela
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Languages : fr
Pages : 205

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L'ETUDE DES ECHANGES DE CHALEUR EN CAVITE FERMEE EST UN VASTE SUJET D'INTERET DEPUIS PLUSIEURS DECENNIES. DANS LES PIECES D'HABITATION, LA CONVECTION NATURELLE TIENT UNE GRANDE PART DANS LE BILAN D'ENERGIE AUX PAROIS. POUR ETUDIER EXPERIMENTALEMENT, NOUS UTILISONS UNE MAQUETTE A ECHELLE REDUITE REMPLIE D'UN GAZ QUI ASSURE LA CONDITION DE SIMILITUDE AVEC LA CELLULE EN VRAIE GRANDEUR. LA METHODE DE MESURE EST L'INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL. L'IMPORTANCE RELATIVE DU NOMBRE DE GRASHOF (DE L'ORDRE DE 10#1#0 A 10#1#1) POUR CE TYPE DE PROBLEME EST HABITUELLEMENT CARACTERISTIQUE DU REGIME TURBULENT POUR LA PLAQUE PLANE VERTICALE EN MILIEU SEMI-INFINI. NOUS MONTRONS QUE LES REGIMES D'ECOULEMENT SUR LA PAROI VERTICALE CHAUDE SONT FORTEMENT DEPENDANTS DES CONDITIONS AUX LIMITES EN TEMPERATURE IMPOSEES SUR LES AUTRES FACES. POUR UN TYPE DE CONFIGURATION, L'ECOULEMENT EST LAMINAIRE STABLE MEME POUR DES NOMBRES DE RAYLEIGH SUPERIEURS A 10#1#1, ALORS QUE, DANS LE CAS LE PLUS ETUDIE PAR LES NUMERICIENS, DES INSTABILITES APPARAISSENT A 10#8. LE RAYONNEMENT THERMIQUE EST L'AUTRE TRANSFERT DE CHALEUR IMPORTANT EN CAVITE. SI LE GAZ REMPLISSANT LA CELLULE EST TOTALEMENT TRANSPARENT, LES ECHANGES N'AFFECTENT QUE LES PAROIS. SI LE GAZ EST ABSORBANT ET RAYONNANT, IL PEUT SE PRODUIRE UN COUPLAGE AVEC LA CONVECTION. DIVERS TYPES DE CONFIGURATIONS SONT ETUDIES SUR LA MAQUETTE A ECHELLE REDUITE EN VUE DE DETECTER UN EFFET DES TRANSFERTS RADIATIFS SUR LES FLUX CONVECTES AUX PAROIS. IL EST APPARU NECESSAIRE DE MIEUX COMPRENDRE LE RAYONNEMENT DANS LES GAZ NON-GRIS. DANS CE BUT, NOUS CALCULONS LES ECHANGES RADIATIFS EN UTILISANT LA TECHNIQUE DE MONTE-CARLO APPLIQUEE AU CAS DU GAZ GRIS ET ETENDUE AU CAS DE GAZ REELS. LES PROPRIETES RADIATIVES DU GAZ SONT DECRITES PAR UN MODELE STATISTIQUE A BANDE ETROITE

Author: Gillian Leplat
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Languages : fr
Pages : 156

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Les écoulements de convection naturelle rencontrés dans la majorité des situations d'intérêt industriel se produisent généralement en régime fortement instationnaire ou faiblement turbulent. La maîtrise des transferts thermiques assurés par ces écoulements de convection en enceintes confinées nécessite de disposer de capacités prévisionnelles reposant sur des outils numériques adaptés. Les approches expérimentale et numérique s'avèrent alors complémentaires, en particulier quand il s'agit de quantifier la capacité des outils de simulation à prédire la nature et l'origine des instabilités pouvant se produire à nombres de Rayleigh suffisamment élevés. L'objectif de cette thèse est de caractériser par voies expérimentale et numérique les instabilités dites thermoconvectives se développant autour d'un barreau carré chauffé et positionné au centre d'une cavité parallélépipédique refroidie en parties haute et basse. L'analyse des résultats numériques révèle un régime d'écoulement intrinsèquement tridimensionnel, transitionnel au nombre de Rayleigh considéré et fortement non linéaire. Le mécanisme générateur des instabilités repose sur l'interaction entre le développement de cellules convectives longitudinales et une organisation cellulaire de type Rayleigh-Bénard d'axe perpendiculaire au barreau. Cette compétition crée temporairement des structures de type crochet issues de la rupture des cellules perpendiculaires par formation de cellules convectives longitudinales. Ces configurations instables résultent localement en un basculement des structures longitudinales dont l'observation dans un plan de coupe transverse coïncide parfaitement avec les mesures dynamiques expérimentales.

Author: Adel Ibrahim
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Languages : fr
Pages : 170

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Le travail mené dans le cadre de cette thèse porte sur l'étude de l'impact du rayonnement sur l'écoulement de convection naturelle dans une cavité contenant un mélange gazeux binaire dont un des composants rayonne dans l'infrarouge. Dans le premier chapitre, nous présentons les méthodes numériques utilisées. Elles s'appuient sur un modèle de rayonnement fondé sur la méthode des ordonnées discrètes (pour résoudre l'équation de transfert radiatif dans des conditions spectrales données) et le modèle SLW pour prendre en compte le spectre réel d'absorption du gaz tout en restant dans une approche compacte. Le module radiatif ainsi développé a été implémenté dans le code CFD AQUILON du laboratoire TREFLE (Bordeaux). Dans le deuxième chapitre, l'étude porte sur l'effet du rayonnement en convection de double diffusion dans une cavité contenant des mélanges air-CO2 ou air-H2O. Ici, l'air est traité comme gaz parfaitement transparent dans l'infrarouge et le polluant (CO2 ou H2O) est l'espèce absorbante. L'écoulement obtenu est généré par les forces de poussées d'Archimède lorsque le fluide est soumis simultanément à des variations de température et de concentration. Dans cette configuration, il existe un couplage direct entre les champs thermique et massique à travers les propriétés radiatives de mélange. En effet, les variations de concentration de l'espèce absorbante (CO2 ou H2O) modifient localement les propriétés d'émission-absorption du fluide et, par conséquent, influencent les sources et les flux d'origine radiative. Ce nouveau type de couplage induit un changement radical de la dynamique de l'écoulement et des transferts associés, notamment en affectant les conditions de stabilité. On montre en particulier que, dans les cas opposants, le rayonnement du gaz favorise le maintien d'instabilités thermosolutales, empêchant l'établissement d'une solution stationnaire. Dans le troisième chapitre, nous nous sommes intéressés à l'effet du rayonnement sur la convection naturelle turbulente dans une cavité remplie d'air à 50% d'humidité (cas représentatif d'une pièce d'habitation, par exemple). Il est tenu compte de la participation radiative de la vapeur d’eau. Les équations de conservation du mouvement et de l'énergie ont été traitées en régime turbulent par une approche LES, à un nombre de Rayleigh de l'ordre de 1,5×10(9). On montre que, même si la fraction molaire de gaz absorbant est faible (xH20 = 0,0115), le rayonnement de gaz influe sur la thermique et la dynamique de l'écoulement en particulier lorsque les dimensions de la cavité deviennent grandes. En particulier, la stratification thermique au centre de la cavité est atténuée.

Author: Jean-Marie Auxilien
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Languages : fr
Pages : 238

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DEFINITION D'UN CRITERE DE DECLENCHEMENT DES INSTABILITES EN DECRIVANT LES PHENOMENES PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN ENSEMBLE DE MODES NORMAUX. PAR UNE METHODE INTEGRALE DU TYPE KARMANN POLHAUSEN, PUIS PAR UN CALCUL NUMERIQUE BASE SUR L'UTILISATION DES DIFFERENCES FINIES, ON PROPOSE UNE SOLUTION POUR DES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS SUPPOSES STABLES. RECHERCHE DE LA STABILITE DE CES ECOULEMENTS EN IMPOSANT LES SOLUTIONS OBTENUES COMME DES SOLUTIONS INITIALES ET EN SUIVANT LEUR EVOLUTION APRES APPLICATION D'UNE PERTURBATION. ETUDE EXPERIMENTALE PAR VISUALISATION A L'AIDE DE TRACEURS DE FUMEE, MESURE DE TEMPERATURES ET DE VITESSES

Author: Richard Fournier
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Languages : fr
Pages : 47

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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE D'UNE RECHERCHE DONT L'OBJECTIF EST DE CERNER LES PRINCIPAUX MECANISMES REGISSANT LA CONVECTION NATURELLE DANS UNE PIECE D'HABITATION. ON TENTE ICI DE DETERMINER DANS QUELLE MESURE LES PROPRIETES D'EMISSION/ABSORPTION DE L'AIR AMBIANT DANS L'INFRAROUGE INFLUENCENT LES ECOULEMENTS DE COUCHE LIMITE LE LONG DES PAROIS AINSI QUE LES ECOULEMENTS DE CUR. DANS UNE PREMIERE PHASE ON ABORDE LE PROBLEME DE LA MODELISATION DES ECHANGES RADIATIFS EN CAVITE, EN PRESENCE D'UN GAZ ABSORBANT DANS L'INFRAROUGE. LES GAZ CONSIDERES (VAPEUR D'EAU, DIOXYDE DE CARBONE) ONT DES SPECTRES DE RAIES QUE NOUS SIMULONS PAR UN MODELE STATISTIQUE A BANDES ETROITES. LPS UATION DE TRANSFERT RADIATIF EST RESOLUE A L'AIDE DE LA METHODE DE MONTE CARLO SUR LA BASE D'UNE FORMULATION RECIPROQUE QUI PERMET DE REDUIRE NOTABLEMENT LES TEMPS DE CALCUL. IL A AINSI ETE POSSIBLE DE TRAITER DES CONFIGURATIONS BIDIMENSIONNELLES AVEC REFLEXIONS MULTIPLES. LA RESOLUTION NUMERIQUE DU PROBLEME COUPLE CONDUCTION/RAYONNEMENT A EGALEMENT ETE ABORDEE. CETTE PARTIE DE L'ETUDE A ETE SUIVIE D'UNE CAMPAGNE DE VALIDATION EXPERIMENTALE. DANS UN SECOND TEMPS, L'OUTIL NUMERIQUE DEVELOPPE A ETE EMPLOYE POUR L'INTERPRETATION DE DIVERS RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS DANS DEUX MAQUETTES DE PIECE D'HABITATION. DANS LA PLUPART DES CAS, LES BILANS RADIATIFS VOLUMIQUES NE SONT PAS NEGLIGEABLES ET IL SEMBLE QUE CELA SE TRADUISE PAR UNE ACTIVITE CONVECTIVE A FAIBLE VITESSE DANS TOUTE LA PARTIE CENTRALE. CES ECOULEMENTS, TRES SENSIBLES AUX PROPRIETES RADIATIVES DE SURFACE, POURRAIENT ETRE A L'ORIGINE DE CERTAINS DES ECARTS EXPERIMENTAUX RENCONTRES DANS LA LITTERATURE

Author: International Institute of Refrigeration
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Category : Refrigeration and refrigerating machinery
Languages : en
Pages : 978

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