Simulation numérique des échanges thermiques par convection naturelle dans des cavités fermée
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Date
2011
Authors
Journal Title
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Publisher
Université Mouloud Mammeri Tizi-Ouzou
Abstract
La présente étude se veut une contribution à l’étude des transferts convectifs dans les
cavités, qui ne cessent de faire l’objet de plusieurs travaux de recherche dont le but principal
est d’améliorer les rendements des transferts ou le cas échéant d’améliorer l’isolation et par
conséquent les déperditions énergétiques.
C’est dans cette optique qu’une etude numérique sur la convection naturelle dans une
cavité carrée et rectangulaire fermées a été entreprise. Le problème physique a été modélisé
par les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie. Le
système d’équation obtenu a été résolu moyennant la méthode des volumes finis en utilisant
un maillage décalé et l’algorithme simple pour le couplage vitesse pression.
Les résultats obtenus sont présentés en mettant en évidence l’influence des différents
paramètres adimensionnels qui servent de paramètres de contrôle, entre autre, le nombre de
Rayleigh et le nombre de Prandtl. Deux configurations portant sur le type de géométrie ont été
considérées à savoir la cavité carrée avec chauffée de la paroi inférieure et refroidie par les
parois verticales et la cavité rectangulaire allongée chauffé par le bas et refroidie par le haut.
Les différents résultats sont traduit sous forme de courbe de ligne de courant, de profils de
température et des profils des nombres de Nusselt locaaux et moyens. L’exploitation des
résultats obtenus a permis d’aboutir à un certain nombre d’observation :
• Pour des faibles nombres de Rayleigh, le transfert de chaleur dans les cavités (pour les
deux cas) est dominé par le régime conductif et jusqu’à une valeur critique qui diffère
selon qu’on est dans une cavité carrée ou rectangulaire.
• Pour des valeurs élevées du nombre de Rayleigh, le régime convectif apparaît et l’intensité
du mouvement influe considérablement sur la structure de l’écoulement, représentée par
les lignes de courant, en donnant naissance un écoulement cellulaire contrarotatif. Le
nombre de cellule dépend de la géométrie de la cavité et du nombre de Rayleigh et même
du nombre de Prandtl. Nous avons observé un écoulement à deux cellules pour la cavité
carrée et quatre cellules pour la cavité rectangulaire. Dans cette dernière et avec un nombre de Prandtl de 10, l’écoulement est passé à huit cellules contrarotatives. • L’augmentation du nombre de Rayleigh conduit à une augmentation des taux de transferts
traduits par les nombres de Nusselt moyens et locaux, qui est la conséquence direct de
l’augmentation des effets convectifs.
Enfin le présent travail ouvre des perspectives de développement et d’amélioration en
s’intéressant notamment à l’étude de l’influence de différentes conditions aux limites, à l’influence du degré d’inclinaison de la cavité par rapport à l’axe horizontal.
Description
80 f. : ill. ; 30 cm. (+CD-Rom)
Keywords
Echange thermique, Simulation numérique
Citation
Energétique