Physique

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Etude des effets de la radiation dans un écoulement de convection naturelle turbulent
(2024) Benyahia; Nabil
La présente étude examine le phénomène de la convection naturelle turbulente dans les milieux confinés, et l'effet combiné des différents modes du transfert thermique sur l'écoulement à faible nombre de Reynolds, dans une longue cavité parallélépipédique de rapport d'aspect vertical Ar=W/L=28,68. Cette étude analyse particulièrement les effets du rayonnement interne de surface et de la conduction sur la structure de l'écoulement, la distribution de la température et le flux thermique dans la cavité, remplie d'air. Le nombre de Rayleigh considéré est relativement élevé R_aH=2.03×?10?^10. L'étude est menée numériquement par le modèle k-? (SST) pour la fermeture des équations de la turbulence, et le modèle P-1 pour la modélisation du rayonnement. Il dépend de l'expression de l'intensité de rayonnement I en une série orthogonale d'harmoniques sphériques. L'avantage de cette méthode réside dans la conversion de l'équation directrice en équations de dérivée partielles simplifiées. Ainsi que dans leurs conditions aux limites, qui jouent un rôle important dans la précision de cette approche. Il est adopté en raison de sa rapidité de calcul et en raison de la satisfaction lorsqu'il est associé à d'autre mode de transfert de chaleur. Les résultats obtenus ont permis d'examiner l'influence des différents types de conditions aux limites sur l'écoulement, notamment le rayonnement thermique et la conduction. L'effet du rayonnement pour prédire la convection naturelle turbulente de l'air dans une enceinte différentiellement chauffée, a été détaillé. Cette étude numérique confirme les capacités du modèle de turbulence k- (SST) et du modèle de rayonnement P-1 à prédire les flux convectifs naturels turbulents dans les enceintes pour une émissivité spécifiée des parois internes. Cependant, la prise en compte de la conduction des parois horizontales comme conditions aux limites thermiques fournissent des résultats numériques plus précis, sont celles qui prennent en compte l'épaisseur des parois horizontales, et la conduction à travers cette épaisseur, sans imposer un profil de température. Les meilleures prédictions numériques, comparativement aux données expérimentales, sont obtenues avec une émissivité des parois verticale de ?V=0,1 et avec une émissivité de paroi horizontale de ?H=0,09.
Contribution à étude hydrodynamique d’un écoulement de Taylor et le transfert de chaleur associé dans les microcanaux
(2024-07-14) Said; Mohammed
Les dispositifs microfluidiques ont fait l'objet d'une attention particulière dans les domaines de la gestion thermique. Ces dispositifs garantissent un contrôle précis de l'écoulement des fluides et offrent de multiples avantages pour un transfert de chaleur et une gestion thermique efficaces. Parmi les applications des dispositifs microfluidiques figurent le refroidissement électronique, les échangeurs de chaleur à micro-échelle et les microréacteurs. Plusieurs études numériques et expérimentales ont été rapportées dans la littérature concernant l'écoulement monophasique dans les microcanaux et son impact sur le transfert de chaleur. Néanmoins, les études consacrées à l'application de l'écoulement diphasique, en particulier de l'écoulement de Taylor, au transfert de chaleur sont encore limitées. L'écoulement de Taylor est une dispersion périodique de gouttelettes ou de bouchons d'un liquide dans une phase porteuse (également appelée phase continue). Selon la littérature, ce type d'écoulement est plus efficace pour le transfert de chaleur qu'un écoulement monophasique. Il est donc impératif d'acquérir des connaissances sur ce type d'écoulement et de comprendre son comportement dans les microcanaux rectangulaires et carrés. Le travail présenté dans cette thèse se concentre sur la compréhension de l'écoulement des fluides et du comportement du transfert de chaleur de l'écoulement de gouttelettes de Taylor sans changement de phase dans des microcanaux rectangulaires en utilisant la modélisation de la dynamique des fluides numérique (CFD). Dans cette étude, nous avons effectué des simulations numériques pour étudier l'hydrodynamique et le transfert de chaleur de l'écoulement de Taylor dans des microcanaux. Des simulations tridimensionnelles ont été réalisées à l'aide du logiciel commercial ANSYS Fluent, avec l'interface entre les deux phases capturée à l'aide de la méthode du volume de fluide (VOF). L'effet de certains paramètres critiques, à savoir le rapport de débit, le rapport de viscosité et le nombre Ca, sur l'hydrodynamique de l'écoulement de Taylor a été examiné. Une attention particulière a été accordée à l'épaisseur du film liquide, à la fois aux coins et aux parois, ainsi qu'à la forme et à la vitesse des gouttelettes/bouchons. Il a été observé que l'épaisseur du film liquide dans les coins et près de la paroi augmente à mesure que le rapport de débit diminue. Une telle augmentation de l'épaisseur du film liquide affecterait de manière significative la vitesse des gouttelettes et des bouchons. Les résultats ont également montré que le nombre CaTP (basé sur la vitesse de l'écoulement diphasique) était le paramètre le plus influent sur la forme des gouttelettes/bouchons par rapport au rapport de viscosité et au rapport de débit. Dans la deuxième partie, nous examinons numériquement les performances de transfert de chaleur de l'écoulement liquide-liquide de Taylor dans un microcanal rectangulaire une fois que nous avons eu un aperçu sur l'hydrodynamique et le comportement de ce type d'écoulement. Une analyse de l'effet de la longueur du bouchon et de l'épaisseur du film liquide a été menée avec des propriétés thermophysiques initialement constantes. Cette hypothèse a été prise en compte pour analyser le processus de transfert de chaleur et déterminer le paramètre le plus critique affectant les performances de transfert de chaleur. Une fonction définie par l'utilisateur a ensuite été mise en œuvre dans ANSYS Fluent pour étudier l'effet du changement de viscosité du fluide de travail en fonction de la température sur les paramètres affectant le taux de transfert de chaleur. Le transfert de chaleur conjugué et la conduction axiale ont également été examinés, vu que ces deux facteurs peuvent affecter de manière significative le comportement thermique à l'intérieur du microcanal et permettent d'obtenir des résultats réalistes et précis. Les résultats révèlent que l'écoulement de Taylor liquide-liquide peut augmenter le taux de

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