Etude numérique de l’effet de la rugosité sur le comportement de l’écoulement des fluides dans les microcanaux

Abstract

La rugosité de surface peut avoir un impact significatif sur les performances des microcanaux, car à si petite échelle, il est presque impossible d'obtenir une surface lisse réelle d’où l’importance du présent travail. Ce travail permet de présenter une étude numérique basée sur la méthode des Volumes Finis à l'aide du code de calcul Fluent. Ce travail est consacré à l'estimation des effets de rugosité de surface sur l'écoulement de liquide en microcanaux rectangulaires. Les parois des microcanaux supérieurs et inférieurs contiennent une rugosité structurée sinusoïdale. L’eau est utilisée comme fluide de travail avec un nombre de Reynolds qui varie de 20 à 8,000. Dans ce travail, une première partie est consacrée à l'étude hydrodynamique d'un écoulement laminaire et une partie pour l’écoulement turbulent en utilisant l’approche RANS avec deux modèles de turbulence, le modèle k  Standard et le modèle k  SST. Les résultats obtenus montrent la rugosité avec une petite hauteur et un grand pas a un effet faible sur le facteur de frottement. Cependant un effet remarquable de la rugosité sur la perte de charge pour une hauteur de rugosité plus élevée. Nous avons trouvé encore que le modèle k  SST est le plus adapté à notre problème. Surface roughness can have a significant impact on microchannel performance, because at such a small scale, it is almost impossible to obtain an actual smooth surface hence the importance of this work. This work allows presenting a numerical study based on the Finite Volumes method using the Fluent CFD. It devotes to the estimation of the effects of surface roughness on the liquid flow in rectangular microchannels. The walls of the upper and lower microchannels contained the sinusoidal structured roughness. Water is used as the working fluid with a Reynolds number ranging from 20 to 8,000. In this work, a first part is consecrate to the hydrodynamic study of laminar flow and a part for turbulent flow using the RANS approach with two turbulence models, the k  Standard model and the k  SST model. The numerical results show a smaller effect on the friction factor for the smallest roughness height with the largest pitch, unlike for a higher roughness height there is a remarkable effect of the roughness on the pressure drop. We have also found that the k  SST model is the most suitable for our problem. لخشونة السطح تأثير كبير على أداء القناة الميكرو مترية، لأنه في مثل هذا النطاق الصغير، يكاد يكون من المستحيل الحصول على سطح أملس فعلي مما يعطي اهمية كبيرة لعملنا هذا. حيث يخصص لتقدير تأثيرات خشونة السطح .Fluent CFD هذا العمل يسمح بتقديم دراسة عددية على أساس طريقة الأحجام المنتهية باستخدام على تدفق السائل في القنوات الميكرو مترية المستطيلة. تم تصميم الخشونة الجيبية على جدران القنوات الميكرو مترية العلوية و السفلية. السائل . المستخدم هو الماء برقم رينولدز يتراوح ما بين 20 و 8.000 مع RANS في هذا العمل ، تم تخصيص الجزء الأول للدراسة الهيدروديناميكية للتدفق الصفحي و جزءا للتدفق المضطرب باستخدام مقاربة . k  SST ونموذج k  نموذجين للاضطراب، النموذج القياسي تظهر النتائج العددية ان الخشونة لا توثر عل عامل الاحتكاك في حاله ارتفاع صغير للخشونة و درجه كبيره على عكس في حالة ارتفاع كبير هو الأنسب لعملنا. k  SST للخشونة هناك تأثير ملحوظ. لقد وجدنا أيضا أن نموذج