Modélisation des transferts de chaleur par rayonnement dans les systèmes gaz-solide à haute température PDF Download
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Author: Bruno Variot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 341
Book Description
LE BUT DE CE TRAVAIL EST D'ETUDIER L'INFLUENCE DU RAYONNEMENT SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS LES SYSTEMES GAZ-SOLIDE. LA DIFFUSION ANISOTROPE DU RAYONNEMENT, CARACTERISTIQUE DES MILIEUX PARTICULAIRES, EST PRISE EN COMPTE. LES PARTICULES ONT UN DIAMETRE GRAND DEVANT LA LONGUEUR D'ONDE DU RAYONNEMENT. APRES UNE SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES MILIEUX DIFFUSANTS, ON DETAILLE DANS LE SECOND CHAPITRE LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE TRANSFERT RADIATIF EN GEOMETRIE MONODIMENSIONNELLE. LA METHODE UTILISEE EST CELLE DES ORDONNEES DISCRETES, DES VALIDATIONS SONT EFFECTUEES SUR DES CAS D'ECOLE. LES ASPECTS CONCERNANT L'INDICATRICE DE DIFFUSION (OPTIQUE GEOMETRIQUE) SONT DEVELOPPES. LE PROBLEME DES TRANSFERTS COUPLES PAR CONDUCTION, CONVECTION, ET RAYONNEMENT DANS UN LIT FIXE, TRAVERSE PAR UN GAZ, ET CHAUFFE PAR RAYONNEMENT SUR UNE FACE, EST RESOLU DANS LE TROISIEME CHAPITRE. POUR GARDER UN CARACTERE GENERAL, LE PROBLEME EST FORMULE DE FACON ADIMENSIONNELLE ET UTILISE LES NOMBRES DE PLANCK N. (CONDUCTION-RAYONNEMENT) ET DE BOLTZMANN BO (CONVECTION-RAYONNEMENT). GLOBALEMENT, N INFLUE SUR LES GRADIENTS DE TEMPERATURE DES ZONES PROCHES DE LA SOURCE ET BO SUR LE NIVEAU DE TEMPERATURE DES ZONES LOINTAINES. L'ETUDE DU REGIME TRANSITOIRE MET EN EVIDENCE DES PHENOMENES DYNAMIQUES (EN PARTICULIER INVERSION DES TEMPERATURES ENTRE SOLIDE ET GAZ). LE QUATRIEME CHAPITRE EST CONSACRE A LA MODELISATION DES TRANSFERTS COUPLES DANS DES SYSTEMES A HAUTE TEMPERATURE: LITS FIXES MULTICOUCHES, ECHANGE LIT FLUIDISE - PAROI, ECOULEMENTS PLASMA CHARGES EN PARTICULE. LA MODELISATION EST BASEE SUR L'HYPOTHESE NON GRISE (MODELE A BANDES). DES COMPARAISONS ENTRE SOLUTIONS COMPLETES, SOLUTIONS SIMPLIFIEES ET RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT PRESENTEES
Author: Bruno Variot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 341
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LE BUT DE CE TRAVAIL EST D'ETUDIER L'INFLUENCE DU RAYONNEMENT SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS LES SYSTEMES GAZ-SOLIDE. LA DIFFUSION ANISOTROPE DU RAYONNEMENT, CARACTERISTIQUE DES MILIEUX PARTICULAIRES, EST PRISE EN COMPTE. LES PARTICULES ONT UN DIAMETRE GRAND DEVANT LA LONGUEUR D'ONDE DU RAYONNEMENT. APRES UNE SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES MILIEUX DIFFUSANTS, ON DETAILLE DANS LE SECOND CHAPITRE LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE TRANSFERT RADIATIF EN GEOMETRIE MONODIMENSIONNELLE. LA METHODE UTILISEE EST CELLE DES ORDONNEES DISCRETES, DES VALIDATIONS SONT EFFECTUEES SUR DES CAS D'ECOLE. LES ASPECTS CONCERNANT L'INDICATRICE DE DIFFUSION (OPTIQUE GEOMETRIQUE) SONT DEVELOPPES. LE PROBLEME DES TRANSFERTS COUPLES PAR CONDUCTION, CONVECTION, ET RAYONNEMENT DANS UN LIT FIXE, TRAVERSE PAR UN GAZ, ET CHAUFFE PAR RAYONNEMENT SUR UNE FACE, EST RESOLU DANS LE TROISIEME CHAPITRE. POUR GARDER UN CARACTERE GENERAL, LE PROBLEME EST FORMULE DE FACON ADIMENSIONNELLE ET UTILISE LES NOMBRES DE PLANCK N. (CONDUCTION-RAYONNEMENT) ET DE BOLTZMANN BO (CONVECTION-RAYONNEMENT). GLOBALEMENT, N INFLUE SUR LES GRADIENTS DE TEMPERATURE DES ZONES PROCHES DE LA SOURCE ET BO SUR LE NIVEAU DE TEMPERATURE DES ZONES LOINTAINES. L'ETUDE DU REGIME TRANSITOIRE MET EN EVIDENCE DES PHENOMENES DYNAMIQUES (EN PARTICULIER INVERSION DES TEMPERATURES ENTRE SOLIDE ET GAZ). LE QUATRIEME CHAPITRE EST CONSACRE A LA MODELISATION DES TRANSFERTS COUPLES DANS DES SYSTEMES A HAUTE TEMPERATURE: LITS FIXES MULTICOUCHES, ECHANGE LIT FLUIDISE - PAROI, ECOULEMENTS PLASMA CHARGES EN PARTICULE. LA MODELISATION EST BASEE SUR L'HYPOTHESE NON GRISE (MODELE A BANDES). DES COMPARAISONS ENTRE SOLUTIONS COMPLETES, SOLUTIONS SIMPLIFIEES ET RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT PRESENTEES
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Ce mémoire de recherche porte sur l'étude des transferts de chaleur couplés associant rayonnement, conduction et convection. Les milieux semi-transparents, non gris, portés à haute température sont étudiés. Une description fine de la physique des phénomènes mis en jeux, nous a conduits à développer plusieurs modèles numériques applicables à de tels matériaux. La résolution de l'équation du transfert radiatif (ETR), des équations de Navier-Stokes et du bilan d'énergie est menée grâce à la méthode des volumes finis (MVF). Le recours a une quelconque solution analytique est impossible compte tenu de la complexité des problèmes considérés. Toutefois, l'emploi de méthodes numériques implique le choix d'un certain nombre d'approximations nécessaires à la reformulation du problème réel. Que ce soit pour la résolution de l'ETR ou pour les équations de transport, nous avons testés, développé et comparé plusieurs relations de fermeture. La précision et la stabilité de convergence constituent les critères de choix de ces techniques. Dans le cadre de cette étude des transferts de chaleur couplés, un nouveau schéma de différentiation pour l'ETR et une version modifiée du schéma QUICK pour les équations de transport, s'avèrent être les plus efficaces. Les codes de calculs réalisés lors du travail de thèse ont été employés pour simuler le chauffage de bain de verre en fusion. Un modèle complet décrivant le fonctionnement d'un four float, du chargement de la matière première à l'évacuation du verre affiné, achève le mémoire.
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Le transfert de chaleur est une discipline riche en phénomènes physiques et en applications pratiques dans notre vie de tous les jours. Nos sociétés ont engagé un processus d'optimisation énergétique pour réduire les émissions à gaz à effet de serre et pour anticiper la future mutation énergétique. Le premier objectif de cet ouvrage est de donner au lecteur les connaissances de base permettant d'analyser un problème de transfert de chaleur en terme de modes de transfert dominants et de nombres adimensionnels, ceci afin de procéder à la modélisation physique du problème posé.
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Comme pour chaque discipline à caractère industriel, la compréhension et la maîtrise de la Thermique n’est possible que grâce à la pratique d’exercices dans ses divers domaines d’application. C’est ce que propose ce deuxième tome d’exercices entièrement résolus, qui comprend également un rappel de cours spécifique. Consacré au rayonnement thermique, l’ouvrage inclut des exercices classiques ou inédits, qui vont du plus simple (application directe des lois fondamentales) au plus complexe (approfondissement des connaissances acquises). Les solutions analytiques et numériques, ainsi que les méthodes de calcul, sont détaillées pour faciliter leur utilisation dans d’autres situations. Afin de faire ressortir l’aspect physique de la Thermique et de matérialiser les ordres de grandeur, un accent particulier a été mis sur l’analyse et l’interprétation des résultats. Cet ouvrage s’adresse aux étudiants des premiers et seconds cycles universitaires, ainsi qu’aux ingénieurs, chercheurs et enseignants qui veulent disposer d’un outil pédagogique permettant de mettre en pratique les connaissances théoriques et de se familiariser avec des situations concrètes. Table des matières : Avant-propos. Liste des symboles. Rappels de cours. Exercices résolus. : . flux radiatif d’une surface noire, . spectre d’émission d’un corps noir, . corps noir approché, . rayonnement d’une source ponctuelle, . température d’équilibre de la terre, . calcul de la constante solaire, . température d’équilibre d’une paroi non homogène, . échanges radiatifs entre deux surfaces noires, . équilibre radiatif d’un satellite artificiel, . qualité d’une surface sélective, . température d’équilibre d’un absorbeur sélectif, . rendement d’un collecteur solaire non vitré, . transmission radiative à travers la vitre d’un four, . mesure de température dans un four, . mesure de température dans une conduite, . effet du rayonnement sur la mesure de température, . rayonnement d’une tige cylindrique, . qualité d’un corps noir artificiel, . écrans radiatifs plans, . rayonnement au niveau d’un réservoir sphérique, . dimensionnement d’un écran radiatif sphérique, . échanges radiatifs entre deux cylindres coaxiaux, . écrans radiatifs cylindriques, . dimensionnement d’un écran radiatif cylindrique, . dimensionnement d’un système radiatif, . échanges radiatifs avec flux de chaleur imposé, . efficacité d’un écran radiatif plan incliné, . échanges radiatifs entre deux disques parallèles, . isothermie d’un corps noir artificiel, . transferts radiatifs et convectifs simultanés, . rendement d’un capteur solaire vitré, . deux plans parallèles isothermes de radiosités non uniformes, . cylindre isotherme de radiosité non uniforme, . cylindre de radiosité et de température non uniformes, . rayonnement à travers un gaz isotherme, . rayonnement à travers un gaz optiquement mince, . gaz optiquement épais entre deux plans isothermes, . gaz optiquement épais entre deux cylindres isothermes, . gaz optiquement épais entre deux sphères isothermes, . gaz en équilibre radiatif entre deux plans isothermes. Annexes : principaux facteurs de conversion en unités S.I., propriétés thermophysiques, loi de Planck, fraction de l’énergie radiative d’un corps noir, émissivité totale normale, facteurs de forme Bibliographie. Index alphabétique.
Author: André Pierrot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 262
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MODELISATION DU CHAUFFAGE DE GAZ A HAUTE TEMPERATURE UTILISANT UNE STRUCTURE ALVEOLAIRE PARCOURUE PAR LE GAZ ET SOUMISE AU RAYONNEMENT. EXPERIMENTATION DANS LE FOYER D'UN CONCENTRATEUR SOLAIRE A AXE VERTICAL DE 6 KW, AVEC DES STUCTURES ALVEOLAIRES A GEOMETRIE CARREE. RESULTATS CONFIRMANT L'INTERET DU PROCEDE : RENDEMENT EXCELLENT, POSSIBILITES D'AMELIORATION DES PERFORMANCES DU SYSTEME PAR UN CHOIX ADAPTE DE LA STRUCTURE
Author: J.-P.. LE BRETON Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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ETUDE EXPERIMENTALE, SUR MAQUETTE, DE LA REPARTITION ENTRE RAYONNEMENT THERMIQUE ET CONVECTION DU TRANSFERT DE CHALEUR A TRAVERS LES PAROIS REFROIDIES DU TUBE FOYER D'UNE CHAUDIERE A BRULEUR A GAZ. COMPARAISON DES RESULTATS AVEC CEUX DONNES PAR LE MODELE DE SPULDING ET PAR LA METHODE DES ZONES DE MOTTEL.
Author: Mohamed Ammar Abbassi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 213
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This work deals with a theoretical study of heat and mass transfer by combined mixed convection, radiation and chemical kinetics in an incinerator of wood carbonization with recovery and incineration of the pyrolysis fumes. A thermochemical model was elaborated to predict the temperatures, molar flows (in particular molar flow responsible for the racing of the incineration reaction) and the concentrations in each zone of the pilot plant. The radiative transfers in the gas phase and soot are modelled by applying the weighted sum of the grey gases model. We applied the finite volume method and the "blocked-off-region" procedure to handle the complex geometries. The equations governing the transfers by combined mixed convection, radiation and the chemical kinetics are solved by the finite volume method, TDMA and the SIMPLE algorithms. We analyzed the shadow effect caused by the baffles, the fumes optical thickness, the Boltzmann number, the conduction-radiation parameter, Reynolds number and the Richardson number. We determined the best configuration of the baffles and shown that the increase in the soot volume fraction causes an increase in radiative heat flux and the presence of soot at a temperature different from that of the fume causes a radiative thermal non equilibrium. The partial pressure ratio of H2O and CO2 does not effect the radiative heat flux on the walls of the incinerator. The heat generated by the incineration of the fumes causes intensification and homogenisation of the transfers in a forced convection mode. The results of the thermochemical model are in qualitative and quantitative good agreement with the experimental results
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CE TRAVAIL EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DES TRANSFERTS DE CHALEUR COUPLES CONVECTION TURBULENTE, RAYONNEMENT ET CONDUCTION, EN MILIEU GAZEUX SEMI-TRANSPARENT A HAUTE TEMPERATURE. IL EST PLUS PARTICULIEREMENT APPLIQUE AUX FOURS DE RECHAUFFAGE SIDERURGIQUES. NOTRE ATTENTION S'EST PORTEE, DANS UN PREMIER TEMPS, SUR LE MODE PRINCIPAL DE TRANSFERT DE LA CHALEUR DANS CE TYPE DE MILIEU, A SAVOIR LE RAYONNEMENT. L'EQUATION DU TRANSFERT RADIATIF EST RESOLUE PAR LA METHODE DES ORDONNEES DISCRETES, POUR UNE GEOMETRIE TRIDIMENSIONNELLE ET POUR UN MILIEU ABSORBANT, EMETTANT ET DIFFUSANT. LE MODELE EST VALIDE POUR DES CAS TESTS ISSUS DE LA LITTERATURE. UNE METHODE SIMPLE, FONDEE SUR UN MODELE STATISTIQUE A BANDES ETROITES, EST PROPOSE POUR PRENDRE EN COMPTE LA DEPENDANCE SPECTRALE DES PROPRIETES RADIATIVES DES GAZ. UNE CONFRONTATION DE LA METHODE AVEC DES METHODES DE REFERENCE EST PRESENTEE. LES EFFETS DE LA TURBULENCE SUR LES ECOULEMENTS ET LES TRANSFERTS DE CHALEUR SONT TRAITES PAR UN MODELE K-EPSILON. LES ECOULEMENTS SONT RESOLUS A L'AIDE DU LOGICIEL PHOENICS. L'EQUATION DE L'ENERGIE DANS LE GAZ EST RESOLUE PAR LA METHODE DES VOLUMES FINIS. AFIN DE PALLIER LES FAIBLESSES DU MODELE RADIATIF STANDARD A 2N FLUX DE CE LOGICIEL, LE MODELE AUX ORDONNEES DISCRETES A ETE DIRECTEMENT INTRODUIT DANS PHOENICS. LE SECOND AXE PRIVILEGIE DE L'ETUDE CONCERNE LES PRODUITS RECHAUFFES, PUISQUE L'ENSEMBLE DE LA MODELISATION ENTREPRISE A POUR BUT FINAL UNE MEILLEURE DESCRIPTION DU PROCESSUS DE CHAUFFE. LA MODELISATION GLOBALE DOIT EN EFFET PERMETTRE D'EVALUER LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE INTERNE DES PRODUITS ET SON EVOLUTION AU COURS DU TEMPS. LE PROBLEME DE LA CONDUCTION DE LA CHALEUR EST RESOLU EN REGIME TRANSITOIRE PAR LA METHODE DES VOLUMES FINIS, EN ESSAYANT DE SE RAPPROCHER DES CONDITIONS REELLES DE MARCHE DES FOURS. ENFIN, UN FOUR D'ESSAIS A ETE CONSTRUIT POUR PERMETTRE LA VALIDATION DU MODELE THERMIQUE GLOBAL DEVELOPPE. LES RESULTATS ISSUS DES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT EN BON ACCORD AVEC LES MESURES REALISEES SUR LE FOUR
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Les travaux réalisés durant la thèse s'inscrivent dans une problématique scientifique liée à l'étude des transferts radiatifs. Plus particulièrement, l'application de cette étude est la télédétection infrarouge d'un écoulement diphasique réactif et turbulent à haute température. Cette étude a pour objectif la modélisation et la simulation du rayonnement infrarouge émis par cet écoulement et reçu par un détecteur. Pour développer un outil de simulation numérique de la signature infrarouge d'un jet de gaz et de particules à haute température, les espèces majoritaires qui sont responsables de l'émission du rayonnement ont été identifiés lors d'expérimentations. Les campagnes expérimentales ont permis la construction de bases de données concernant les gaz (CO2-H2O) et les particules présents dans le jet. Connaissant la nature des gaz et des particules, le calcul de leurs propriétés radiatives doit être réalisé. Cette étape est nécessaire puisque ces propriétés caractérisent l'émission de rayonnement par le jet et elles être connues pour résoudre l'équation de transfert radiatif. Pour les gaz, un code de calcul raie par raie de spectres synthétiques a été développé. De plus pour diminuer le temps de calcul d'une signature infrarouge, il est préférable d'utiliser des modèles spectraux de bandes étroites. Le modèle de télédétection infrarouge est un modèle spectral utilisant des k (coefficient d'absorption)-distribuions sous l'hypothèse des k-corrélés avec l'approximation d'un gaz unique pour le mélange associée à l'hypothèse des gaz fictifs (...)
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LES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE CONCERNENT D'UNE PART LA MODELISATION ET LA SIMULATION NUMERIQUE D'UN PROCESSUS THERMIQUE INDUSTRIEL ET, D'AUTRE PART, LA RECONSTRUCTION DE L'ETAT ET LE DIAGNOSTIC POUR UNE CLASSE DE SYSTEMES A PARAMETRES DISTRIBUES DE TYPE PARABOLIQUE. DANS UNE PREMIERE PARTIE, LA MODELISATION D'UN FOUR DE RECHAUFFE DE BILLETTES, DE TYPE POUSSANT, ALIMENTE AU GAZ NATUREL EST REALISEE. CE MODELE EST UN SYSTEME A PARAMETRES REPARTIS DE TYPE PARABOLIQUE DECRIVANT LA CONDUCTION DE LA CHALEUR AVEC DES CONDITIONS AUX FRONTIERES DE TYPE FOURIER NON LINEAIRES REPRESENTANT LES TRANSFERTS DE CHALEUR PAR CONVECTION ET RAYONNEMENT. POUR METTRE EN EVIDENCE LES FLUCTUATIONS DE TEMPERATURE SUR LA LONGUEUR DES BILLETTES (NECESSAIRE A L'OPTIMISATION DE LA QUALITE DU PRODUIT ET DES CONDITIONS DE LAMINAGE) NOUS CONSIDERONS UN MODELE A DEUX DIMENSIONS D'ESPACE. UN ALGORITHME D'INTEGRATION NUMERIQUE, PERMETTANT D'ANALYSER LES FLUCTUATIONS DU PROFIL DE TEMPERATURE ET DE SIMULER L'EVOLUTION THERMIQUE DES BILLETTES PENDANT LA PHASE DE CHAUFFE, EST PROPOSE. LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A LA SYNTHESE D'OBSERVATEURS DE L'ETAT DE DIMENSION FINIE POUR LES SYSTEMES DE DIMENSION INFINIE EVOQUES CI-DESSUS EN PASSANT PAR UNE REDUCTION DE LA DIMENSION DE CES SYSTEMES VIA LES POLYNOMES ORTHOGONAUX GENERALISES. L'APPROCHE ADOPTEE EST BASEE SUR LES OBSERVATEURS A GRAND GAIN DES SYSTEMES LOCALISES. LA ROBUSTESSE DE CELLE-CI PAR RAPPORT AUX ERREURS DE MODELISATION DES PARAMETRES EST ETUDIEE. UNE VERSION D'ORDRE REDUIT DE CET OBSERVATEUR EST PROPOSEE. LA TROISIEME PARTIE CONCERNE L'ESTIMATION SIMULTANEE DE L'ETAT ET DES DEFAUTS. DEUX CAS SONT CONSIDERES, A SAVOIR LES DEFAUTS DE MESURES DE TYPE PONCTUEL (BIAIS, DERIVES DE CAPTEURS...) ET LES DEFAUTS DE SYSTEME DE TYPE DISTRIBUE. AUCUNE HYPOTHESE A PRIORI N'EST FAITE SUR LA DYNAMIQUE DE CES DEFAUTS. LA SOLUTION PROPOSEE EST BASEE SUR L'OBSERVATION DE L'ETAT DES SYSTEMES SINGULIERS NON LINEAIRES LOCALISES. UN DE NOS PRINCIPAUX OBJECTIFS EST DE PROPOSER DES SOLUTIONS REALISABLES SUR CALCULATEURS, DONC DE DIMENSION FINIE
Author: Bruno Variot
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