Modélisation de l'encrassement en régime turbulent dans un échangeur de chaleur à plaques avec un revêtement fibreux sur les parois PDF Download
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Author: Hamza Chérif Sadouk
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Book Description
Les transferts de chaleur par convection forcée turbulente dans une conduite plane partiellement remplie par un milieu poreux sont étudiés numériquement. L'étude concerne l'analyse de l'encrassement dans un canal plan représentatif d'un échangeur de chaleur à plaques. Un fluide, ayant un fort pouvoir encrassant, est considéré en régime turbulent. L'objectif de cette étude est de proposer une technique qui repose sur l'utilisation de matériaux fibreux comme capteur de particules pouvant réduire les méfaits de l'encrassement. Cela consiste à essayer de réduire la résistance d'encrassement en agissant sur les propriétés thermiques du dépôt. L'étude de la cinétique de l'encrassement permet de déterminer la loi de variation de l'épaisseur du dépôt au cours du temps. Cette équation est couplée aux équations de conservation. Un modèle de conductivité thermique effective (fluide, dépôt, fibres poreuses) a été choisi et le phénomène de colmatage de la matrice poreuse est considéré. L'apport du milieu poreux sur les performances de l'échangeur est analysé
Author: Hamza Chérif Sadouk
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Les transferts de chaleur par convection forcée turbulente dans une conduite plane partiellement remplie par un milieu poreux sont étudiés numériquement. L'étude concerne l'analyse de l'encrassement dans un canal plan représentatif d'un échangeur de chaleur à plaques. Un fluide, ayant un fort pouvoir encrassant, est considéré en régime turbulent. L'objectif de cette étude est de proposer une technique qui repose sur l'utilisation de matériaux fibreux comme capteur de particules pouvant réduire les méfaits de l'encrassement. Cela consiste à essayer de réduire la résistance d'encrassement en agissant sur les propriétés thermiques du dépôt. L'étude de la cinétique de l'encrassement permet de déterminer la loi de variation de l'épaisseur du dépôt au cours du temps. Cette équation est couplée aux équations de conservation. Un modèle de conductivité thermique effective (fluide, dépôt, fibres poreuses) a été choisi et le phénomène de colmatage de la matrice poreuse est considéré. L'apport du milieu poreux sur les performances de l'échangeur est analysé
Author: GAETAN.. BIGOIN
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Languages : fr
Pages : 229
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Book Description
LES ECHANGEURS DE CHALEUR A PLAQUES ONT L'AVANTAGE DE PRESENTER UNE GRANDE COMPACITE ET UN COEFFICIENT DE TRANSFERT ELEVE. MAIS, DU FAIT DE LEUR GRANDE EFFICACITE, IL APPARAIT QU'UN ENCRASSEMENT MEME MINIME PEUT AVOIR DES REPERCUSSIONS IMPORTANTES SUR LEURS PERFORMANCES. LA VITESSE D'ECOULEMENT AYANT UNE INFLUENCE PREPONDERANTE SUR LE DEPOT DE PARTICULES, DES ESSAIS D'ENCRASSEMENT ONT DONC ETE REALISES SUR UN ECHANGEUR COMPORTANT UN GRAND NOMBRE DE CANAUX (120), AFIN DE TENIR COMPTE DE LA DISTRIBUTION DE DEBIT. LES ESSAIS ONT ETE EFFECTUES DANS DIFFERENTES CONFIGURATIONS, AVEC DEUX TYPES DE PLAQUES CORRUGUEES (30\ ET 60\) ET POUR PLUSIEURS DEBITS A L'ENTREE ; L'ANALYSE ETANT BASEE SUR LE SUIVI DE LA RESISTANCE D'ENCRASSEMENT ET SUR L'AUGMENTATION DE PRESSION RELATIVE DANS LES DIFFERENTS CANAUX. L'ANALYSE EXPERIMENTALE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE UNE EVOLUTION POSSIBLE DU MECANISME LIMITANT LE DEPOT AVEC LA VITESSE : CE DERNIER EST D'ABORD CONTROLE PAR LE TRANSPORT PUIS PAR L'ADHESION DES PARTICULES A LA PAROI. LA SIMULATION NUMERIQUE DE L'ECOULEMENT MENEE EN PARALLELE A PERMIS QUANT A ELLE, D'ETUDIER FINEMENT L'EVOLUTION DES ZONES DE RECIRCULATION, ZONES PREFERENTIELLES D'ENCRASSEMENT. CE TRAVAIL A AINSI PERMIS DE MIEUX APPREHENDER LES MECANISMES MIS EN JEU ET DE POUVOIR ESTIMER L'IMPORTANCE RELATIVE DE L'ENCRASSEMENT D'UNE CONFIGURATION DONNEE A UNE AUTRE.
Author: Alphonse Codjo Quenum
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Languages : fr
Pages : 171
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L’objet du présent rapport est l'étude de l'encrassement des échangeurs de chaleur à plaques. On s'intéresse à l'encrassement par changement de phase, et plus particulièrement à la solidification dans une phase liquide. Ce travail comporte deux parties : une première partie, qui est une étude numérique, permet d'explorer l'influence de certains paramètres (débit, température), le type de refroidissement (symétrique ou asymétrique), ainsi que l’aspect stationnaire et instationnaire du refroidissement et de la solidification. La seconde partie, qui est expérimentale, a permis d'analyser l'influence des paramètres tels que (débits et températures des deux fluides) sur l'évolution du dépôt de glace les résultats expérimentaux ont permis en outre de faire une application du critère entropique de l'étude thermodynamique de l'encrassement, développée sur la géométrie plane.
Author: Frédéric Dupont
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Languages : fr
Pages : 189
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Pour améliorer les performances des échangeurs de chaleur compacts, une méthode innovante consiste à placer des obstacles générateurs de tourbillon dans l'écoulement, afin d'augmenter les transferts avec la paroi. Dans le cas des échangeurs tubes / plaques - transfert gaz/liquide - les obstacles sont des ailettes triangulaires en incidence, obtenues par poinçonnage des plaques. Pour les échangeurs à plaques - transfert gaz/gaz - les obstacles sont des bosses parallélépipédiques, obtenues par emboutissage des tôles. Nous avons mené une étude expérimentale du champ de vitesse derrière les deux types d'obstacle, sur des modèles à grande échelle de canaux d'échangeurs en écoulement isotherme, pour des obstacles isolés à grand nombre de Reynolds (105), ainsi que sur un réseau d'obstacles à des nombres de Reynolds entre 103 et 5.103 (Re basé sur la vitesse débitante et l'épaisseur du canal). On observe d'intenses tourbillons longitudinaux déformés en ellipse à cause du fort confinement. Leur intensité, du même ordre pour les deux types d'obstacle, croît avec le nombre de Reynolds et l'incidence, ainsi que d'un obstacle au suivant. De plus, la transition de l'écoulement vers la turbulence est nettement avancée. D'autre part, dans une soufflerie équipée de parois chauffées à flux constant, nous avons mesuré le coefficient de transfert global dans un modèle de canal d'échangeur. On observe une nette augmentation des transferts lors de la mise en place des obstacles - jusqu'à un doublement du nombre de Nusselt moyen. On obtient des échanges caractéristiques d'un écoulement turbulent établi, alors que l'écoulement en canal lisse se comporte comme un écoulement laminaire en cours d'établissement. Cette étude montre l'aspect prometteur des générateurs de tourbillons pour l'amélioration des échangeurs compacts. Si ce résultat était déjà pressenti pour les ailettes triangulaires, il restait à démontrer pour les obstacles moins élevés de type embouti qui ne présentent pas d'arrêtes vives.
Author: Benjamin Hérout
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Pages : 165
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Ce travail se place dans le cadre général de la modélisation du refroidissement des moteurs thermiques à combustion interne. L'étude présentée, à caractère expérimental et numérique, porte sur l'écoulement en conduite rugueuse avec transfert thermique. Cette étude est motivée par le besoin industriel d'améliorer la prédictivité des codes de calculs utilisés lors des phases de conception, avant la réalisation de prototypes mécaniques. La simulation de l'échange thermique dans les chambres de refroidissement est basée sur la modélisation de la turbulence. Des écarts sensibles ont été détectés lors du changement de version du code utilisé, ce qui a mis en évidence la sensibilité des lois de parois implémentées dans les codes commerciaux. Le choix de la géométrie cylindrique de l'écoulement est dicté par la volonté d'étudier l'écoulement et le transfert de chaleur sur paroi rugueuse par une approche expérimentale la plus simple possible, tout en conservant les caractéristiques de l'écoulement existant dans les chambres de refroidissement des moteurs thermiques (vitesse, température et état de surface). Les limites expérimentales constatées justifient l'approche par simulation numérique des grandes échelles, résolues jusqu'à la paroi. Les résultats expérimentaux obtenus montrent l'impact important de la rugosité sur la distribution de vitesse, et particulièrement dans la couche limite. L'échange thermique s'en trouve fortement modifié. Les résultats issus de la simulation des grandes échelles donnent accès aux valeurs physiques, dans la sous-couche visqueuse, inaccessible expérimentalement. L'ensemble des résultats apportés par l'étude expérimentale et numérique constitue une base de données pour l'optimisation des résultats fournis par des codes industriels. Ces résultats obtenus sur une géométrie simplifiée valident les méthodes et les techniques employées, qui pourront être appliquées ultérieurement à d'autres géométries.
Author: Minh Hoang Hong
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Languages : fr
Pages : 215
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La connaissance des mécanismes turbulents au sein des canaux ondulés est à ce jour encore limitée malgré les travaux réalisés dans la dernière décennie, d'une part, à cause de la complexité des facteurs géométriques et des faibles dimensions qui rendent des expérimentations difficiles, et d'autre part, le comportement de l'écoulement turbulent est assez mal connu dans des géométries confinées. Ce travail de thèse s'intéresse au rôle joué par la turbulence au sein du canal ondulé et à son influence sur le transfert de la chaleur. Pour cela, l'écoulement dynamique est caractérisé finement à travers les champs moyens et les moments d’ordre deux grâce aux mesures par PIV (rapide et standard) et aux simulations des grandes échelles (LES). La quantification du transfert de chaleur est obtenue par thermométrie par thermocouples fins pariétaux tandis que les champs de température sont décrits par LES. L'ondulation induit le comportement moyen de l'écoulement. En effet, les composantes longitudinale et transversale sont périodiques, tandis que la composante verticale est liée au confinement. En régime établi, l'écoulement présente des zones spécifiques : une couche de cisaillement est générée en aval du sommet, et s'accompagne de fortes fluctuations longitudinale et transversale corrélées; le développement de cette couche s'opère dans la partie concave de l’ondulation (appelée le creux) ; puis elle vient impacter en aval du creux où se manifeste une augmentation significative des fluctuations verticales. L'analyse du bilan d'énergie cinétique turbulente a mis en évidence un comportement complexe : la production est liée à la couche de cisaillement, la dissipation s'effectue dans le creux, mais une partie d'énergie est convectée ou diffusée vers la paroi et vers l'écoulement central. Bien que les fluctuations thermiques les plus importantes soient localisées dans la couche de cisaillement, le transfert de chaleur maximum se manifeste dans la zone d’impact. Pour compléter l'étude, des travaux expérimentaux et numériques ont été menés pour différents écartements entre parois, et différentes amplitudes d'ondulation. Ces résultats ont permis de mieux appréhender le rôle de ces paramètres et de quantifier leur influence sur le comportement dynamique et sur le transfert thermique : l'augmentation de l'intensité de turbulence et du transfert de chaleur est obtenue avec un écartement plus grand ou une amplitude plus forte. Ces résultats sont essentiels pour optimiser les performances des intercalaires ondulés dans les échangeurs de chaleurs compacts.
Author: Thanh Tung Tran
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Languages : fr
Pages : 218
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Book Description
Cette thèse, qui s'inscrit dans le contexte du projet ANR DIB, vise à la simulation par méthode hybride (DDES) de l'écoulement turbulent autour d'une plaque épaisse (Re = 80000), à une confrontation détaillée du mouvement instationnaire prédit avec une base de données expérimentale, et à l'étude des mécanismes à l'origine des fluctuations de pression à la paroi. L'écoulement présente successivement un fort décollement associé à l^acher tourbillonnaire en forte interaction avec la paroi, un recollement moyen puis un lent rétablissement vers une couche limite développée. L'attention est portée sur la région en aval du recollement. Les caractéristiques moyennes et instationnaires de l'écoulement sont étudiées au moyen d'outils statistiques classiques, ainsi que d'analyses de type moyenne conditionnelle, POD, LSE et Extended POD, dans leur version multi-temps. Un bon accord calcul/expérience est obtenu, et l'évolution des structures de grande échelle en aval du recollement est bien reproduite par la simulation. L'analyse est ensuite prolongée, notamment en ce qui concerne la tridimensionnalité de l'écoulement, ainsi que l'étude des différentes contributions à la pression pariétale fluctuante (termes source linéaire et non linéaire). Les analyses de type LSE basées sur la pression mettent en évidence des structures de type rouleaux portant une faible énergie, alors qu'on obtient des structures de type "hairpin" quand celles-ci sont basées sur la vitesse. Un résultat important de l'étude des termes contribuant à la pression est la dominance du terme non-linéaire, qui explique la faible énergie portée par les structures estimées à partir de la pression par des outils linéaires.
Author: Vincent Pimont
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Languages : fr
Pages : 234
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Etude des équations d'un écoulement turbulent avec transfert de chaleur. Structure d'un écoulement turbulent non isotherme de métal liquide. Modélisation des équations de transport des moments lies a la fluctuation de température. Modélisation des équations de transport de U X U, K et E A grand nombre de Reynolds. Application du modèle à l'étude de la zone de paroi d'un écoulement turbulent non isotherme de métal liquide
Author: Ridha Mebrouk
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Cette thèse présente les résultats de deux études : la première concerne la convection naturelle turbulente dans une cavité rectangulaire chauffée uniformément par le bas et remplie d'un nanofluide et la seconde concerne l'investigation du transfert de chaleur conjugué dans un échangeur de chaleur à tubes ailetés.L'enceinte de la première étude a un faible rapport d'aspect. Ses parois gauche, droite et supérieure sont maintenues à une température relativement basse. Le fluide de travail est un nanofluide constitué d'eau et de nanoparticules, soient d'alumine (Al2O3), ou de cuivre (Cu) ou d'oxyde de cuivre (CuO). L'influence des paramètres tels que le nombre de Rayleigh (basé sur la hauteur H de la cavité et la densité de flux de chaleur), le type de nanofluide et la fraction volumique des nanoparticules sur la performance de refroidissement est présentée. Les équations de Navier-Stokes et les équations de conservation de la masse et de l'énergie sont résolues pour une géométrie bidimensionnelle par la méthode numérique des volumes finis. L'algorithme SIMPLE est utilisé pour le couplage pression-vitesse. La discrétisation des termes convectifs est faite avec le schéma QUICK. Le modèle de turbulence k-epsilon standard est utilisé. Le maillage du domaine simulé est généré par le code Gambit. Les résultats montrent que pour toutes les valeurs de Ra, le nombre de Nusselt moyen augmente d'une façon linéaire et monotone avec l'augmentation de la concentration des nanoparticules dans le fluide de base. Le flux de chaleur moyen prend des valeurs qui diminuent en fonction de l'ordre suivant : Cu, CuO et Al2O3.La deuxième étude est une investigation numérique des caractéristiques dynamique et thermique d'un échangeur de chaleur. Les calculs supposent un transfert de chaleur et un écoulement en régime permanent. Le nombre de Nusselt et le coefficient de frottement qui caractérisent l'échangeur de chaleur sont déterminés pour différentes valeurs du nombre de Reynolds. L'équation de conservation de l'énergie dans le fluide et l'équation de conduction de la chaleur dans le solide en trois dimensions ont été résolues avec les équations de la conservation de la masse et de la quantité de mouvement afin de déterminer ces caractéristiques. Les deux régimes d'écoulement laminaire et turbulent sont considérés. L'effet de la modélisation de la turbulence a été étudié en utilisant trois modèles différents (Spalart-Allmaras modèle de turbulence à une équation, le modèle k-epsilon ; standard et le modèle RSM). La validation du modèle a été effectuée en comparant les facteurs de frottement, f, et le facteur, j, de Colburn avec les données expérimentales trouvées dans la littérature. Les résultats tracés ont montré un bon accord qualitatif entre les résultats numériques et les données expérimentales. Les résultats montrent également que le plus simple des trois modèles de turbulence testés (à savoir. Spalart-Allmaras) donne les valeurs les plus proches des données expérimentales.
Author: Loïc Audren
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Languages : fr
Pages : 224
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Book Description
Dans la perspective de reproduire la dynamique d’un écoulement turbulent généré par un incendie en tunnel, une modélisation est proposée en prenant compte de l’anisotropie du problème (jet impactant, écoulement stratifié, etc.), ainsi que du rôle des parois sur le plan thermique. Le modèle de turbulence est basé sur celui à 4 équations de Hanjalic, modifié pour une version à haut nombre de Reynolds et couplé à un modèle de rayonnement (équation de transfert radiatif résolue par la Méthode aux Ordonnées Discrètes). De nouvelles conditions limites sont définies θ2 et pour et dans la version à haut nombre de Reynolds, ainsi que pour le couplage turbulence – température à la paroi. Les résultats de simulation sont testés et analysés dans le cas d’une cavité carrée différentiellement chauffée, et la série d’essai incendie en grandeur réelle dans le tunnel de Toulon permet de vérifier la validité du modèle présenté. Une étude est également faite dans le cas d’un incendie en milieu confiné (cas Steckler). Les profils de température et vitesse moyennée, dans le cas de la cavité carrée, du tunnel et de la pièce, montrent de bonnes concordances avec les données expérimentales, notamment sur l’effet de stratification. Le rayonnement thermique joue un rôle important dans le transfert de chaleur aux parois et sur la stratification de l’écoulement.
