Etude des écoulements turbulents autours d’un obstacle: effet de la rugosité couplé à l’inclinaison
Des informations générales:
Le niveau |
Master |
Titre |
Etude des écoulements turbulents autours d’un obstacle: effet de la rugosité couplé à l’inclinaison |
SPECIALITE |
Génie Mécanique – Energétiques |
Page de garde:
Sommaire:
Introduction Générale 18
CHAPITRE I : Etude Bibliographique 20
I.1. Echangeurs de chaleur 20
I.1.1. Introduction 21
I.1.2. Différentes configurations d’échangeurs de chaleur 21
I.1.2.1. Echangeurs de chaleur à tubes et à calandre (ECTC) 22
I.1.2.2. Echangeur de chaleur à tubes et ailettes (ECTA) 22
I.1.2.3. Echangeur de chaleur à plaques et ailettes (ECPE) 22
I.1.2.4. Echangeur de chaleur à plaques spiralées (ECPS) 23
I.1.2.5. Echangeur de chaleur à plaques et cadres (ECPC) 23
I.1.2.6. Echangeur de chaleur à circuit imprimé (ECCI) 24
I.1.2.7. Echangeur de chaleur à tubes circulaires et ailettes lisses continues (ECTCALC)
I.1.2.8. Echangeur de chaleur à tubes circulaires et ailettes ondulées (ECTCAO) 25
I.1.2.9. Échangeur de chaleur à tubes non-circulaires et ailettes lisses continues 25
I.1.2.10. Échangeur de chaleur à tubes plats et ailettes ondulées 26
I.1.3. Applications des échangeurs de chaleur 27
I.1.4. Caractéristiques thermiques et hydrauliques d’un échangeur de chaleur 28
I.1.5. Techniques d’amélioration du transfert de chaleur dans un échangeur 28
I.1.5.1. Méthodes actives 29
I.1.5.2. Méthodes passives 29
a. Surfaces traitées 29
b. Surfaces rugueuses 29
c. Surfaces étendues 29
d. Dispositifs d’amélioration déplacés 29
e. Dispositifs à tourbillon 29
f. Tubes enroulés 30
g. Dispositifs de tension superficielle 30
h. Additifs pour liquides 30
i. Additifs pour gaz 30
I.2. Conversion thermique d’énergie solaire 307
I.2.1. Introduction 31
I.2.2. Capteurs solaires (CSPs) plans et leurs différents types 32
I.2.3. Applications des CSPs 33
I.2.4. Technologies améliorant les performances des CSPs 33
I.3. Etude des écoulements autour des obstacles 34
I.3.1. Effet de conception d’obstacle 39
I.3.2. Effet de rugosité 48
I.4. Conclusion 48
CHAPITRE II : Modélisation et Simulation
II.1. Introduction 50
II.2. Modèle physique 50
II.2.1. Configurations du problème 50
II.2.1.1. Effet de l’inclinaison de l’arête amont d’obstacles 50
II.2.1.2. Effet de la rugosité combiné à l’effet de l’inclinaison de l’arête amont d’obstacles
II.2.2. Dimensions géométriques et caractéristiques thermo-physiques 53
II.2.3. Hypothèses 54
II.3. Modélisation mathématique 55
II.3.1. Équations gouvernantes 55
II.3.1.1. Conservation de la masse 55
II.3.1.2. Conservation de la quantité de mouvement selon la direction OX 55
II.3.1.3. Conservation de la quantité de mouvement selon la direction OY 55
II.3.1.4. Conservation de l’énergie dans la région fluide 56
II.3.1.5. Conservation de l’énergie dans la région solide 56
II.3.1.5. Energie cinétique turbulente (k) 56
II.3.1.6. Taux de dissipation turbulente (ε) 56
II.3.2. Conditions aux limites 57
II.3.2.1. Conditions d’entrée 57
II.3.2.2. Conditions de sortie 57
II.3.12.3. Conditions de la paroi supérieure 57
II.3.2.4. Conditions de la paroi inférieure 57
II.3.2.5. Conditions des points de contact solide-liquide 58
II.3.3. Paramètres gouvernants 58
II.3.3.1. Nombre de Reynolds 58
II.3.3.2. Diamètre hydraulique du canal 58
II.3.3.3. Coefficient de transfer thermique 588
II.3.3.4. Nombre de Nusselt local 58
II.3.3.5. Nombre de Nusselt moyen 58
II.3.3.6. Coefficient de friction local 58
II.3.3.7. Coefficient de friction moyen 59
II.3.4. Corrélations thermohydrauliques 59
II.3.4.1. Corrélation de Dittus et Boelter 59
II.3.4.2. Corrélation de Petukhov 59
II.4. Modélisation numérique 59
II.4.1. Méthode des volumes finis 59
II.4.1.1. Introduction 60
II.4.1.2. Principe de la méthode des volumes finis 61
II.4.1.3. Notion de maillage 61
II.4.2. Présentation de Gambit 62
II.4.2.1. Démarrage de Gambit 64
II.4.2.2. Construction de la géométrie 66
II.4.2.3. Création d’un maillage 68
II.4.2.4. Incorporation des conditions aux limites 68
II.4.2.5. Exportation du maillage de Gambit 68
II.4.3. Présentation de Fluent 69
II.4.3.1.Importation de la géométrie 69
II.4.3.2.Vérification du maillage importé 70
I.4.3.3.Vérification de l’échelle 70
II.4.3.4.Choix du solveur 71
II.4.3.5.L’équation de l’énergie 71
II.4.3.6.Choix du modèle de turbulence 72
II.4.3.7.Définition des caractéristiques du fluide 72
II.4.3.8.Operating conditions 73
II.4.3.9.Conditions aux limites 73
II.4.3.10.Ordre des équations et l’algorithme 74
II.4.3.11.Initialisation du calcul 74
II.4.3.12.Choix des critères de convergence 75
II.4.3.12.Lancement du calcul 75
II.4.4. Solution numérique 75
CHAPITRE III : Résultats et Discussions
III.1. Effet de l’inclinaison de l’arête amont d’un obstacle
III.1.1. Introduction
III.1.2. Lignes de courant 80
III.1.3. Contours des champs de pression dynamique 81
III.1.4. Contours des champs de vitesse moyenne 83
III.1.5. Contours des champs de vitesse axiale 84
III.1.6. Profils de la vitesse axiale 84
III.1.7. Contours des champs de vitesse transversale 88
III.1.8. Contours des champs de température 89
III.1.9. Profils de la température du fluide 90
III.1.10. Nombre de Nusselt local normalisé 90
III.1.11. Nombre de Nusselt moyen normalisé 91
III.1.12. Coefficient de friction local normalisé 92
III.1.13. Coefficient de friction moyen normalisé 93
III.2. Effet de la rugosité combiné à l’effet de l’inclinaison de l’arête amont d’un obstacle
III.2.1. Introduction 94
III.2.2. Tracés des champs de vitesse moyenne 94
III.2.3. Tracés des champs de température 95
III.2.4. Nombre de Nusselt moyen normalisé 96
III. 2.5. Coefficient de friction moyen normalisé 97
III.3. Conclusion 98
Conclusion Générale 100
Références Bibliographiques 102
Résumé 111
Abstract 11
CHAPITRE I : Etude Bibliographique 20
I.1. Echangeurs de chaleur 20
I.1.1. Introduction 21
I.1.2. Différentes configurations d’échangeurs de chaleur 21
I.1.2.1. Echangeurs de chaleur à tubes et à calandre (ECTC) 22
I.1.2.2. Echangeur de chaleur à tubes et ailettes (ECTA) 22
I.1.2.3. Echangeur de chaleur à plaques et ailettes (ECPE) 22
I.1.2.4. Echangeur de chaleur à plaques spiralées (ECPS) 23
I.1.2.5. Echangeur de chaleur à plaques et cadres (ECPC) 23
I.1.2.6. Echangeur de chaleur à circuit imprimé (ECCI) 24
I.1.2.7. Echangeur de chaleur à tubes circulaires et ailettes lisses continues (ECTCALC)
I.1.2.8. Echangeur de chaleur à tubes circulaires et ailettes ondulées (ECTCAO) 25
I.1.2.9. Échangeur de chaleur à tubes non-circulaires et ailettes lisses continues 25
I.1.2.10. Échangeur de chaleur à tubes plats et ailettes ondulées 26
I.1.3. Applications des échangeurs de chaleur 27
I.1.4. Caractéristiques thermiques et hydrauliques d’un échangeur de chaleur 28
I.1.5. Techniques d’amélioration du transfert de chaleur dans un échangeur 28
I.1.5.1. Méthodes actives 29
I.1.5.2. Méthodes passives 29
a. Surfaces traitées 29
b. Surfaces rugueuses 29
c. Surfaces étendues 29
d. Dispositifs d’amélioration déplacés 29
e. Dispositifs à tourbillon 29
f. Tubes enroulés 30
g. Dispositifs de tension superficielle 30
h. Additifs pour liquides 30
i. Additifs pour gaz 30
I.2. Conversion thermique d’énergie solaire 307
I.2.1. Introduction 31
I.2.2. Capteurs solaires (CSPs) plans et leurs différents types 32
I.2.3. Applications des CSPs 33
I.2.4. Technologies améliorant les performances des CSPs 33
I.3. Etude des écoulements autour des obstacles 34
I.3.1. Effet de conception d’obstacle 39
I.3.2. Effet de rugosité 48
I.4. Conclusion 48
CHAPITRE II : Modélisation et Simulation
II.1. Introduction 50
II.2. Modèle physique 50
II.2.1. Configurations du problème 50
II.2.1.1. Effet de l’inclinaison de l’arête amont d’obstacles 50
II.2.1.2. Effet de la rugosité combiné à l’effet de l’inclinaison de l’arête amont d’obstacles
II.2.2. Dimensions géométriques et caractéristiques thermo-physiques 53
II.2.3. Hypothèses 54
II.3. Modélisation mathématique 55
II.3.1. Équations gouvernantes 55
II.3.1.1. Conservation de la masse 55
II.3.1.2. Conservation de la quantité de mouvement selon la direction OX 55
II.3.1.3. Conservation de la quantité de mouvement selon la direction OY 55
II.3.1.4. Conservation de l’énergie dans la région fluide 56
II.3.1.5. Conservation de l’énergie dans la région solide 56
II.3.1.5. Energie cinétique turbulente (k) 56
II.3.1.6. Taux de dissipation turbulente (ε) 56
II.3.2. Conditions aux limites 57
II.3.2.1. Conditions d’entrée 57
II.3.2.2. Conditions de sortie 57
II.3.12.3. Conditions de la paroi supérieure 57
II.3.2.4. Conditions de la paroi inférieure 57
II.3.2.5. Conditions des points de contact solide-liquide 58
II.3.3. Paramètres gouvernants 58
II.3.3.1. Nombre de Reynolds 58
II.3.3.2. Diamètre hydraulique du canal 58
II.3.3.3. Coefficient de transfer thermique 588
II.3.3.4. Nombre de Nusselt local 58
II.3.3.5. Nombre de Nusselt moyen 58
II.3.3.6. Coefficient de friction local 58
II.3.3.7. Coefficient de friction moyen 59
II.3.4. Corrélations thermohydrauliques 59
II.3.4.1. Corrélation de Dittus et Boelter 59
II.3.4.2. Corrélation de Petukhov 59
II.4. Modélisation numérique 59
II.4.1. Méthode des volumes finis 59
II.4.1.1. Introduction 60
II.4.1.2. Principe de la méthode des volumes finis 61
II.4.1.3. Notion de maillage 61
II.4.2. Présentation de Gambit 62
II.4.2.1. Démarrage de Gambit 64
II.4.2.2. Construction de la géométrie 66
II.4.2.3. Création d’un maillage 68
II.4.2.4. Incorporation des conditions aux limites 68
II.4.2.5. Exportation du maillage de Gambit 68
II.4.3. Présentation de Fluent 69
II.4.3.1.Importation de la géométrie 69
II.4.3.2.Vérification du maillage importé 70
I.4.3.3.Vérification de l’échelle 70
II.4.3.4.Choix du solveur 71
II.4.3.5.L’équation de l’énergie 71
II.4.3.6.Choix du modèle de turbulence 72
II.4.3.7.Définition des caractéristiques du fluide 72
II.4.3.8.Operating conditions 73
II.4.3.9.Conditions aux limites 73
II.4.3.10.Ordre des équations et l’algorithme 74
II.4.3.11.Initialisation du calcul 74
II.4.3.12.Choix des critères de convergence 75
II.4.3.12.Lancement du calcul 75
II.4.4. Solution numérique 75
CHAPITRE III : Résultats et Discussions
III.1. Effet de l’inclinaison de l’arête amont d’un obstacle
III.1.1. Introduction
III.1.2. Lignes de courant 80
III.1.3. Contours des champs de pression dynamique 81
III.1.4. Contours des champs de vitesse moyenne 83
III.1.5. Contours des champs de vitesse axiale 84
III.1.6. Profils de la vitesse axiale 84
III.1.7. Contours des champs de vitesse transversale 88
III.1.8. Contours des champs de température 89
III.1.9. Profils de la température du fluide 90
III.1.10. Nombre de Nusselt local normalisé 90
III.1.11. Nombre de Nusselt moyen normalisé 91
III.1.12. Coefficient de friction local normalisé 92
III.1.13. Coefficient de friction moyen normalisé 93
III.2. Effet de la rugosité combiné à l’effet de l’inclinaison de l’arête amont d’un obstacle
III.2.1. Introduction 94
III.2.2. Tracés des champs de vitesse moyenne 94
III.2.3. Tracés des champs de température 95
III.2.4. Nombre de Nusselt moyen normalisé 96
III. 2.5. Coefficient de friction moyen normalisé 97
III.3. Conclusion 98
Conclusion Générale 100
Références Bibliographiques 102
Résumé 111
Abstract 11
Télécharger:
Pour plus de
sources et références universitaires
(mémoires, thèses et articles
), consultez notre site principal.