Modélisation et simulation numérique des transferts de masse et de chaleur induits par évaporation PDF Download
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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.
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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.
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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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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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Dans cette thèse, on présente une étude des transferts couplés de masse et de chaleur dans le sol en dimension deux d'espace. Le modèle qui gouverne ces transferts est constitué par un système de deux équations à deux inconnues, H la pression de l'eau liquide et T la température du milieu poreux. La première équation de ce système est elliptique-parabolique et la seconde est parabolique de type convection-diffusion. On présente un résultat d'existence de solution du système avant de passer à l'étude numérique. Dans la partie numérique, on présente deux algorithmes pour la résolution de l'équation pour le transfert de masse et on procède à une comparaison entre ces algorithmes à travers différents cas tests. On s'intéresse dans la dernière partie à la résolution numérique du système des deux équations couplées de transferts de masse et de chaleur. On présente deux algorithmes; l'un utilise une méthode des éléments finis standard déduit de l'algorithme de l'équation de masse, en rajoutant un couplage entre les deux équations pour la pression et pour la température, tandis que l'autre utilise la méthode des éléments finis mixtes pour le calcul du flux de l'eau qui apparaît comme le coefficient essentiel dans le terme de convection de l'équation pour la température, et la méthode des caractéristiques modifiées pour le calcul de la température. Dans le cas où d'une part la perméabilité présente des variations brutales et d'autre part le terme de convection domine sur le terme de diffusion dans l'équation pour la température, cette dernière méthode est particulièrement bien adaptée à notre problème.
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L'objectif de cette thèse est de contribuer à la simulation numérique des transferts de chaleur par conduction dans les parois, par rayonnement et par convection thermosolutale dans des cavités fermées ou dans des conduites. Dans la plupart des cas pratiques, les trois modes de transfert de chaleur sont fortement couplés lorsque le fluide en mouvement est un mélange de gaz. Le transfert de chaleur par convection naturelle associé à la condensation surfacique dans une cavité à deux dimensions, remplie d'air humide a été étudié numériquement. Les parois verticales, d'épaisseur finie, sont en contact avec une ambiance extérieure froide. La modélisation faiblement compressible permet à la fois de tenir compte de la diminution de la masse du mélange et de la pression thermodynamique. Egalement, une étude de la convection mixte associée à l'évaporation d'un film liquide ruisselant sur les deux parois d'un canal vertical a été menée. Les effets des forces d'Archimède thermique et solutale sur le développement de l'écoulement ont été montrés. Les résultats ont été obtenus en considérant que les propriétés du mélange sont constantes ou basées sur la règle d'un tiers. Deux mélanges binaires de gaz parfaits air-vapeur et air-hexane ont été considérés en vertu de diverses conditions aux limites.
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
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.
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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
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L'ETUDE CONSISTE A ANALYSER LES ECHANGES THERMIQUES ET MASSIQUES DECOULANT D'UNE EVAPORATION PAR CONVECTION FORCEE, ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES EN PRESENCE D'UN RUISSELLEMENT D'EAU. L'ETUDE EST ENTREPRISE SOUS SES DEUX ASPECTS: THEORIQUE ET EXPERIMENTAL. LA MODELISATION EST BASEE SUR LES THEORIES DES COUCHES LIMITES DYNAMIQUE ET THERMIQUE COUPLEES AVEC LES CONCEPTS DE TRANSPORT DE MASSE, AU SEIN DU FLUIDE EN ECOULEMENT, POUR UN REGIME DE COUCHES LIMITES LAMINAIRES. LE COUPLAGE DES DEUX PROBLEMES THERMIQUE ET MASSIQUE EST REALISE PAR L'INTERMEDIAIRE DES CONDITIONS A L'INTERFACE EAU-AIR. SUITE A CE MODELE THEORIQUE, UN PROGRAMME DE CALCUL ET DE SIMULATION A ETE DEVELOPPE. POUR UNE GEOMETRIE DE DISPOSITIF ET UNE PUISSANCE DE CHAUFFE DONNEES, ET POUR DES CARACTERISTIQUES D'ENTREE DONNEES, LE PROGRAMME DE SIMULATION DETERMINE TOUTES LES PERFORMANCES DYNAMIQUES ET THERMIQUES. LES RESULTATS ISSUS DE CELUI-CI ONT ETE COMPARES AUX MESURES EXPERIMENTALES. ENFIN, UNE ETUDE EXPERIMENTALE MENEE SUR LES REFRIGERANTS INDUSTRIELS, EN FONCTIONNEMENT HUMIDE, A PERMIS DE MONTRER UNE CERTAINE ANALOGIE ENTRE LES PHENOMENES MIS EN EVIDENCE PAR CES ESSAIS ET PAR LE MODELE THEORIQUE, QUI A ETE DEVELOPPE, POUR LE CAS DU TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES. CETTE APPROCHE A MONTREE L'IMPORTANCE DES PHENOMENES D'EVAPORATION EN CONVECTION FORCEE DANS L'INDUSTRIE.
Author: Louis-Henri Baudey-Laubier
Author: Louis-Henri Baudey-Laubier
Author: Ruben Zuñiga Ulloa
Author: Lisette Quettier
Author: Olfa Mechergui
Author: Youcef Kelanemer
Author: Najma Laaroussi
Author: HEDI.. BEL HADJ SALAH
Author: Hamza Mahdhaoui
Author: VALERIE.. DESCHAMPS
Author: Omar Ferragh