Modélisation et simulation numérique des transferts de masse et de chaleur induits par évaporation PDF Download
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Book Description
L'évaporation d'une solution solvant/soluté est un processus transitoire qui prend fin lorsque le solvant a totalement disparu. Le refroidissement créé par le changement de phase provoque des gradients à la fois thermiques et de concentration en solvant. Ces homogénéités diffusent ensuite dans l'épaisseur de la solution et sont susceptibles d'engendrer un écoulement fluide. L'origine de cette convection peut être liée à des variations de tension de surface ou de densité. Des travaux expérimentaux ont montré que l'épaisseur des dépôts issus de séchages de solutions solvant/soluté semblait pouvoir être corrélée avec les cellules de convection de la zone fluide. Une compréhension approfondie des phénomènes à l'origine de la convection devrait donc participer à un meilleur contrôle de la qualité des dépôts.Sur la base de travaux numériques et expérimentaux publiés, nous avons étudié l'apparition de la convection pour trois types de modèles représentant le processus d'évaporation d'une solution de Polyisobutylène-Toluène : un modèle purement thermique qui s'applique pour les temps courts, un modèle solutal qui est valable sur les temps longs et enfin un modèle couplé thermique/solutal qui représente les transferts sur l'ensemble de la gamme des temps étudiés. Le caractère transitoire de l'évaporation induit une difficulté pour caractériser la naissance de la convection à partir d'un régime de conduction. En effet, cette convection apparaît à partir d'un germe qui est une petite perturbation de la solution diffusive. Si l'amplitude de cette perturbation est trop faible, son amplification à des intensités suffisantes ne pourra pas avoir lieu avant la fin du régime transitoire et l'écoulement ne deviendra donc jamais convectif. Le rôle de la perturbation est donc primordial. Dans des travaux numériques antérieurs, cette perturbation a été imposée à l'état initial, généralement avec une distribution aléatoire du champ thermique ou de vitesse. Lors de cette thèse, nous avons opté pour un modèle plus physique, basé sur l'introduction d'un transfert thermique sur les parois latérales qui joue le rôle de perturbateur de l'écoulement diffusif transitoire.Dans cette thèse, nous avons établi par voie numérique les seuils de transition entre une solution diffusive et un écoulement convectif pour les modèles thermique, solutal et couplé, dans le cas d'une approximation bidimensionnelle du film liquide et des simulations pleinement tridimensionnelles. Des diagrammes spatio-temporels et l'étude des cellules à la surface libre par des reconstructions de Voronoï nous ont permis de mieux comprendre la naissance et la propagation des instabilités dans la solution fluide.
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L'évaporation d'une solution solvant/soluté est un processus transitoire qui prend fin lorsque le solvant a totalement disparu. Le refroidissement créé par le changement de phase provoque des gradients à la fois thermiques et de concentration en solvant. Ces homogénéités diffusent ensuite dans l'épaisseur de la solution et sont susceptibles d'engendrer un écoulement fluide. L'origine de cette convection peut être liée à des variations de tension de surface ou de densité. Des travaux expérimentaux ont montré que l'épaisseur des dépôts issus de séchages de solutions solvant/soluté semblait pouvoir être corrélée avec les cellules de convection de la zone fluide. Une compréhension approfondie des phénomènes à l'origine de la convection devrait donc participer à un meilleur contrôle de la qualité des dépôts.Sur la base de travaux numériques et expérimentaux publiés, nous avons étudié l'apparition de la convection pour trois types de modèles représentant le processus d'évaporation d'une solution de Polyisobutylène-Toluène : un modèle purement thermique qui s'applique pour les temps courts, un modèle solutal qui est valable sur les temps longs et enfin un modèle couplé thermique/solutal qui représente les transferts sur l'ensemble de la gamme des temps étudiés. Le caractère transitoire de l'évaporation induit une difficulté pour caractériser la naissance de la convection à partir d'un régime de conduction. En effet, cette convection apparaît à partir d'un germe qui est une petite perturbation de la solution diffusive. Si l'amplitude de cette perturbation est trop faible, son amplification à des intensités suffisantes ne pourra pas avoir lieu avant la fin du régime transitoire et l'écoulement ne deviendra donc jamais convectif. Le rôle de la perturbation est donc primordial. Dans des travaux numériques antérieurs, cette perturbation a été imposée à l'état initial, généralement avec une distribution aléatoire du champ thermique ou de vitesse. Lors de cette thèse, nous avons opté pour un modèle plus physique, basé sur l'introduction d'un transfert thermique sur les parois latérales qui joue le rôle de perturbateur de l'écoulement diffusif transitoire.Dans cette thèse, nous avons établi par voie numérique les seuils de transition entre une solution diffusive et un écoulement convectif pour les modèles thermique, solutal et couplé, dans le cas d'une approximation bidimensionnelle du film liquide et des simulations pleinement tridimensionnelles. Des diagrammes spatio-temporels et l'étude des cellules à la surface libre par des reconstructions de Voronoï nous ont permis de mieux comprendre la naissance et la propagation des instabilités dans la solution fluide.
Author: HEDI.. BEL HADJ SALAH Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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LE BUT DE CE TRAVAIL EST DE CONTRIBUER A LA MISE EN PLACE D'UNE BIBLIOTHEQUE DE MODELES POUR LA SIMULATION DES TRANSFERTS THERMIQUES DANS L'HABITAT (PROJET ALMETH). IL EST PLUS SPECIALEMENT AXE SUR L'ETUDE DES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE DANS LE SOL POUR LE CALCUL DES TRANSFERTS DE CHALEUR ENTRE LE BATIMENT ET LE SOL AVOISINANT. IL COMPREND UNE ETUDE ANALYTIQUE DE L'EQUATION D'INFILATRATION DANS UN MILIEU POREUX ET UNE ETUDE NUMERIQUE DU SYSTEME DES DEUX EQUATIONS PARABOLIQUES COUPLEES DE TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE DANS LE SOL. DANS LE CADRE DE CETTE ETUDE NUMERIQUE NOUS AVONS UTILISE UNE TECHNIQUE ORIGINALE DE RACCORDEMENT DE SOUS-DOMAINES, QUE NOUS AVONS ETENDUE POUR LES SOUS-DOMAINES A DYNAMIQUES DIFFERENTES EN UTILISANT DES PAS DE TEMPS ADAPTES A CHACUN DES SOUS-DOMAINES
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ETUDE AU MOYEN D'UN MODELE PHYSIQUE ET D'UN MODELE MATHEMATIQUE DES TRANSFERTS COUPLES DE MASSE ET DE CHALEUR AVEC CHANGEMENTS DE PHASES
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Ce travail s’inscrit dans le contexte expérimental et numérique de l’étude des échanges superficiels couplés à la surface d’une paroi plane. Nous nous intéressons ici plus particulièrement au cas où la surface plane est une des faces d’une lame d’air ventilée et différentiellement chauffée, l’objectif étant de mesurer et séparer les influences respectives des transferts convectifs et radiatifs. La solution expérimentale proposée pour traiter ce problème repose sur l’utilisation d’une instrumentation fluxmétrique élaborée dans notre laboratoire, il y a plusieurs années. Notre objectif est d’étendre le domaine d’application de ces capteurs. Après avoir rapidement présenté différentes méthodes expérimentales existantes avec leurs avantages et inconvénients, l’instrumentation utilisée dans notre travail est décrite en détails ainsi que le contexte expérimental qui est le support de nos études. Il s’agit ici du cas d’un écoulement d’air, pleinement développé, dans un canal horizontal de section rectangulaire. Les travaux portent sur les échanges à la surface d’une plaque plane horizontale et isotherme. Différentes situations sont étudiées afin de mettre en évidence la possibilité de séparer les composantes radiatives et convectives du flux et de montrer comment des mesures locales permettent d’obtenir une cartographie des échanges, ceci même en présence d’obstacles perturbateurs de l’écoulement. Un outil de simulation numérique (FLUENT) est utilisé pour mettre en place une double démarche d’expérimentation et de modélisation. Ces deux approches, en parallèle, permettent de conforter les résultats expérimentaux dans les cas où la modélisation est relativement « simple » à mettre en oeuvre. Il est également possible d’obtenir expérimentalement des renseignements très utiles à l’élaboration de simulations numériques dans des cas plus complexes. Dans les différentes configurations présentées, les résultats expérimentaux sont le plus souvent en excellent accord avec ceux des simulations numériques ou ceux qui sont disponibles dans la littérature. La dernière partie du mémoire est une présentation d’études menées dans le cadre d’un Benchmark inter-laboratoires sur le problème de la convection naturelle dans un canal vertical différentiellement chauffé. Les outils et hypothèses de simulations numériques ainsi que leurs résultats sont présentés et commentés. Les premières expérimentations sont décrites et semblent dans le contexte particulier de la convection naturelle fournir des données intéressantes pour de futures explorations.
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ANALYSE DU TRANSFERT RADIATIF DANS UN MILIEU SEMI-TRANSPARENT. APPLICATION DU FILTRE DE KALMAN POUR L'OBTENTION DES GRANDEURS THERMOPHYSIQUES PROPRES AUX PHENOMENES DE CONDUCTION. GENERALISATION AU CAS D'UN TRANSFERT COMBINE PAR CONDUCTION ET RAYONNEMENT DANS UN MATERIAU SEMITRANSPARENT. OPTIMISATION D'UN MODELE DE SATELLITE. ILLUSTRATION DES POSSIBILITES DE L'ANALYSEUR THERMIQUE DEVELOPPE DANS LA SIMULATION DE LA REGULATION THERMIQUE ACTIVE D'UN LOCAL HABITE OU SE DISSIPE UNE ENERGIE VARIABLE
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SYNTHESE DES TRAVAUX ANTERIEURS DANS LE DOMAINE DE LA MODELISATION DES PROCEDES DE RECUPERATION ASSISTEE PAR BALAYAGE A LA VAPEUR. SIMULATION D'UNE DES EXPERIENCES DE WILLMAN AVEC LE MODELE TWIST PERMETTANT DE DETERMINER LES CARACTERISTIQUES PARTICULIERES NECESSAIRES A UN MODELE NUMERIQUE DE LABORATOIRE. DESCRIPTION ET SCHEMATISATION DES PHENOMENES HYDRODYNAMIQUES, THERMIQUES ET THERMODYNAMIQUES A INCLURE DANS LE MODELE. RESOLUTION PAR UNE METHODE AUX DIFFERENCES FINIES. LE PROGRAMME ECRIT EN FORTRAN EST TESTE ET VALIDE EN SIMULANT DES EXPERIENCES DECRITES DANS LA LITTERATURE. CES SIMULATIONS MONTRENT LES PHENOMENES PROPRES AUX CHANGEMENTS DE PHASE, PERMETTENT D'ETUDIER LES SENSIBILITES AUX DIVERS PARAMETRES PHYSIQUES ET MONTRE LES LIMITATIONS DE LA DESCRIPTION
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ETUDE DES PROBLEMES DE TRANSFERTS COUPLES CHALEUR-MASSE PROVOQUES PAR LE DRAINAGE DE SOLS SABLONNEUX FORTEMENT PERMEABLES INITIALEMENT TOTALEMENT OU PARTIELLEMENT SATURES. LE PHENOMENE EST REGI PAR UN SYSTEME DE DEUX EQUATIONS AUX DERIVEES PARTIELLES COUPLEES DE TYPE PARABOLIQUE NON LINEAIRE EXPRIMANT L'UNE LA CONVERSATION DE LA MASSE D'EAU TOTALE, L'AUTRE LA CONSERVATION DE L'ENERGIE DANS LE SOL. RESOLUTION A L'AIDE D'UNE METHODE ALTERNATIVEMENT LINEAIRE ET NON LINEAIRE
Author: Severiano da Silva Lima Filho Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 133
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L'OBJET DU PRESENT MEMOIRE CONCERNE LES TRANSFERTS DE MASSE ET DE CHALEUR ENTRE UNE PAROI VERTICALE SATUREE D'EAU CHAUDE ET L'AIR AMBIANT. AFIN DE CHIFFRER L'INFLUENCE DU TRANSFERT DE MASSE SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR, DEUX PLAQUES, L'UNE SECHE L'AUTRE HUMIDE, DE MEME DIMENSIONS, ONT ETE UTILISEES. LA HAUTEUR DE CES PLAQUES ETANT DE 20 CM ET LES ECARTS DE TEMPERATURE DE L'ORDRE DE LA DIZAINE DE DEGRES, LES NOMBRES DE RAYLEIGH THERMIQUES ET MASSIQUES SONT DE L'ORDRE DE 10#6, LE NOMBRE DE LEWIS ETANT PROCHE DE L'UNITE. ON EXPOSE LES EQUATIONS DE CONSERVATION DE LA MASSE, DE LA QUANTITE DE MOUVEMENT, DE L'ENERGIE ET DE LA CONCENTRATION DES ESPECES. ADOPTANT LES HYPOTHESES CLASSIQUES DE LA COUCHE LIMITE BIDIMENSIONNELLE EN REGIME PERMANENT, ON ABOUTIT AUX SOLUTIONS NON-SEMBLABLES REPRESENTATIVES DU PROBLEME POSE CONFORMEMENT AUX RESULTATS OBTENUS PAR FERREIRA. LES MOYENS DE MESURE UTILISES SONT ENSUITE DECRITS EN DETAIL: L'INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL POUR L'OBTENTION DU CHAMP DE TEMPERATURE DANS LA COUCHE LIMITE ET LA VELOCIMETRIE LASER A EFFET DOPPLER POUR CELLE DU CHAMP DE VITESSE. LA DERNIERE PARTIE DU MEMOIRE EST CONSACREE A LA PRESENTATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX AINSI QU'A LEUR ANALYSE CRITIQUE. ON RELEVE D'ABORD QUE LA COMPARAISON THEORIE-EXPERIENCE DONNE TOUTE SATISFACTION, SAUF VERS L'EXTERIEUR DE LA COUCHE LIMITE. PAR AILLEURS, LA CONFRONTATION ENTRE LES RESULTATS OBTENUS AU VOISINAGE DE LA PLAQUE SECHE ET CEUX AU VOISINAGE DE LA PLAQUE HUMIDE MONTRE QUE LES FLUX DE CHALEUR OBTENUS PAR EVALUATION DE LA PENTE A L'ORIGINE DU PROFIL DE TEMPERATURE ET LES DEBITS MASSIQUES SONT SENSIBLEMENT AUGMENTES PAR LA PRESENCE DU TRANSFERT DE MASSE. L'ENSEMBLE DES RESULTATS PRESENTES CONSTITUE UNE JUSTIFICATION SOLIDE DE LA MODELISATION NUMERIQUE DES ECHANGES COUPLES DE CHALEUR ET DE MASSE PROPOSEE PAR FERREIRA
Author: Philippe Traoré Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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LES EQUATIONS INSTATIONNAIRES, INCOMPRESSIBLES DE NAVIER-STOKES, SONT RESOLUES PAR UNE METHODE DE TYPE VOLUMES FINIS, AFIN D'ETUDIER ET D'ANALYSER LES TRANSFERTS COUPLES DE QUANTITE DE MOUVEMENT, DE CHALEUR ET DE MASSE AU SEIN D'UN ECOULEMENT DE TYPE JET SEMI-CONFINE. DEUX ALGORITHMES DE RESOLUTION ONT ETE UTILISEES: LA METHODE DU LAGRANGIEN AUGMENTE ET UNE METHODE DE PROJECTION. L'ANALYSE PHYSIQUE DU COMPORTEMENT DU JET ISOTHERME MONO-CONSTITUANT MONTRE, POUR DES NOMBRES DE REYNOLDS COMPRIS ENTRE 10 ET 4000, L'EXISTENCE DE DEUX REGIMES D'ECOULEMENTS DIFFERENTS. UN REGIME STATIONNAIRE PRESENTANT UN MODE SYMETRIQUE OU ASYMETRIQUE, SUIVANT LA VALEUR DU REYNOLDS, ET UN REGIME INSTATIONNAIRE PERIODIQUE, DE TYPE ALLEE TOURBILLONNAIRE ALTERNEE DE VON-KARMAN. LA NATURE DE L'INSTABILITE DE JET QUI CONDUIT A CE REGIME PERIODIQUE AUTO-ENTRETENU EST ANALYSEE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS AVONS ETUDIE LE CAS DU JET SOUMIS A UN GRADIENT THERMIQUE VERTICAL CONDUISANT A UN REGIME DE CONVECTION MIXTE DE TYPE RAYLEIGH-BENARD. NOUS NOUS SOMMES PRINCIPALEMENT ATTACHE A L'ANALYSE DE LA PHASE TRANSITOIRE OU L'INSTABILITE DONNE NAISSANCE A DES ROULEAUX TRANSVERSAUX, ET A L'INFLUENCE DU PARAMETRE DE FORME CARACTERISANT L'OUVERTURE DE PENETRATION DU JET PAR RAPPORT A LA LARGEUR DU DOMAINE. NOUS ETUDIONS ENSUITE LE CAS OU LE FLUIDE INJECTE ET LE FLUIDE AMBIANT, SONT DE NATURE DIFFERENTE. APRES AVOIR ABORDE LE CAS DU MELANGE, OU LES FLUIDES DIFFUSENT L'UN DANS L'AUTRE, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE ORIGINALE, POUR LE TRAITEMENT DES ECOULEMENTS AVEC INTERFACE LORSQUE LES DEUX FLUIDES EN PRESENCE SONT IMMISCIBLES. ENFIN DANS UNE DERNIERE PARTIE, NOUS ENVISAGEONS LE PROBLEME COMPLEXE, OU L'ON A SUPERPOSITION D'UN GRADIENT THERMIQUE ET MASSIQUE DANS LE JET. DANS LA PHASE TRANSITOIRE, ON MONTRE DANS QUELLES MESURES, LES STRUCTURES THERMO-CONVECTIVES GENEREES PAR L'INSTABILITE DE RAYLEIGH-BENARD, SONT INFLUENCEES PAR LE GRADIENT DE CONCENTRATION
Author: Louis-Henri Baudey-Laubier
Author: Louis-Henri Baudey-Laubier
Author: HEDI.. BEL HADJ SALAH
Author: Armand Albergel
Author: Youcef Kelanemer
Author: Yassine Cherif
Author: Jean-Bernard Saulnier
Author: Lisette Quettier
Author: Mouaouia Firdaouss
Author: Severiano da Silva Lima Filho
Author: Philippe Traoré