Etude des effets de la radiation dans un écoulement de convection naturelle turbulent

Abstract

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.