Etude de la convection naturelle dans une enceinte à gradient de température pariétal horizontal et vertical

Abstract

Cette thèse porte sur la modélisation numérique des écoulements confinés de la convection naturelle au sein d’une cavité rectangulaire remplie d'un fluide laminaire à un nombre de Prandtl élevé (horizontale et inclinée) soumise à un gradient de température pariétal mixte (horizontal ou vertical). Elle s’inscrit dans un contexte de comparaison associant des approches numériques et expérimentales. Le phénomène de Rayleigh-Bénard correspond à l’état instable dans lequel se trouve une couche horizontale d’un fluide, soumise à un gradient de température vertical. Si ce dernier dépasse une valeur critique, des mouvements convectifs naissent à l’intérieur du fluide. La déstabilisation de la thermoconvection de Rayleigh-Bénard par des différentes valeurs du chauffage latéral a été abordée dans les deux cas. Les équations qui régissent ce phénomène ont été résolues par une approche numérique, basée sur la méthode des volumes finis. L'algorithme SIMPLE a été utilisé pour le couplage pression-vitesse. Un code CFD (Fluent / ASYS) a été choisi comme un outil de calcul. Les effets du chauffage latéral sur les champs thermique et dynamique et sur le taux de transfert de chaleur à travers les parois actives sont présentés dans cette étude. Les résultats obtenus sont comparés à ceux obtenus par d’autres littératures. This thesis deals with the numerical modeling of confined flows of natural convection in a rectangular laminar fluid filled cavity at high Prandtl number (horizontal and inclined) subjected to a mixed wall temperature gradient (horizontal or vertical). It fits into a context of comparison associating to numerical and experimental approaches. The Rayleigh-Bénard phenomenon corresponds to the unsteady state in which there is a horizontal fluid layer subjected to a vertical temperature gradient. If this latter exceeds a critical value, convective movements are generated inside the fluid. The destabilization of the Rayleigh-Bénard thermoconvection by different side heating values was discussed in both cases. The governing equations of this phenomenon have been solved by a numerical approach, based on the finite volume method. The SIMPLE algorithm was used for pressure-velocity coupling and a CFD code (Fluent / ASYS) was chosen as a calculation tool. The effects of the small side wall heating on the thermal and dynamic fields and on the rate of heat transfer through the active walls are presented in this study. The results obtained are compared with those obtained by other literatures. ترتكز هذه الرسالة على النمذجة العددية للتدفقات الحرارية الطبيعية المحصورة في تجاويف مستطيلة تحوي سائل ذي مرتفع (أفقي ومائل) يتعرض إلى تدرج في درجة الحرارة الجدارية المختلطة (أفقي أو مائل). وهو جزء من Prandtl عدد مع حالة الطبقة الأفقية للسائل الغير Rayleigh-Bénard سياق المقارنة بين المقاربات العددية والتجريبية. تتوافق ظاهرة المستقرة، تخضع لتدرج أفقي في درجة الحرارة. إذا تجاوزت هذه الأخيرة القيمة الحرجة، يتم توليد حركات الحمل الحراري بواسطة قيم مختلفة للتدفئة الجانبية Rayleigh-Bénard داخل السائل. دست ظاهرة الإخلال باستقرار الحمل الحراري ل في كلتا الحالتين. تم استخدام منهج المحاكاة العددية الذي يعتمد على أساس طريقة الأحجام المحدودة لحل المعادلات التي تحكم كأداة CFD (Fluent/ANSYS) لاقتران الضغط والسرعة واختيار كود SIMPLE بهذه الظاهرة. استخدام خوارزمية حسابية. هذه الدراسة تعرض آثار التسخين الجانبي على الحقول الحرارية والدينامية وعلى معدل نقل الحرارة من خلال الجدران النشطة. تتم مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع تلك التي تم الحصول عليها من الأدبيات الأخرى.