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Dissertations / Theses on the topic 'Chaleur – Convection naturelle – Modèles mathématiques'
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Pretot, Sylvie. "Contribution à l'étude de la convection naturelle au dessus de plaques horizontales de différentes topographie." Besançon, 1999. http://www.theses.fr/1999BESA2058.
Full textAbstract:
Ce travail concerne l'étude théorique et expérimentale de l'influence de la topographie d'une plaque horizontale sur les transferts par convection naturelle laminaire développés en son voisinage. La première partie est consacrée à la modélisation numérique de la convection naturelle qui se développe au-dessus de plaques horizontales soumises à un flux de densité uniforme et constante. Ces plaques de différentes topographies (plane, sinusoi͏̈dale et triangulaire) sont placées dans un milieu semi-infini (air, eau et huile). Les équations sont discrétisées en utilisant la technique des volumes de contrôle et le couplage entre les champs de vitesses et de pressions est assuré par l'algorithme SIMPLE. Les profilométries, sinusoi͏̈dale et triangulaire, sont ramenées, par une transformation homotopique, à une surface plane. La taille du domaine dans lequel se développe la convection naturelle est déterminée par un calcul itératif. Les résultats sont présentés sous forme de fonctions de courant, d'isothermes, de nombres de Nusselt. Des corrélations permettant de décrire le transfert de chaleur entre la plaque et le fluide, incluant le rapport amplitude sur période des protubérances, sont proposées. Ces résultats montrent que la morphologie de l'écoulement ainsi que les transferts entre la plaque et le fluide sont affectés, notamment par la forme des protubérances. La deuxième partie concerne l'analyse expérimentale par microscopie thermique à balayage et interférométrie holographique des champs de températures et de leurs évolutions spatio-temporelles. Les résultats numériques et expérimentaux sont en bon accordA numerical and experimental analysis is performed to study how the roughness of an horizontal plate has influence on laminar natural convection transfers developed in the vicinity of the plate. The numerical analysis, of natural convection above horizontal plates submitted to an uniform and constant heat flux, is presented first. These plates of various roughness (plane, sinusoidal, triangular) are placed in a semi-infinite medium (air, water, oil). The equations are discretized by using the control volume approach and the linkage between the momentum and the continuity equations is realized by the SIMPLE algorithm. An homotopic transformation of coordinate allows the transformation of the sinusoidal or triangular profiles into a plane surface. The evolution of natural convection with time is realized by using an iterative procedure to estimate the positions of the top and lateral boundaries. The results are presented in the form of streamlines, isothermal lines, Nusselt numbers. . . Correlation's, including amplitude to period ratio, are proposed in order to estimate the transfer from the plate to the fluid. The results shows that the morphology of the flow and the heat transfer are strongly dependent on the parameters and the shapes of the protuberances. The second part of the analysis deals with an experimental study. The thermal fields above roughened horizontal plates and their evolution with time are obtained by using two methods : a thermal scanning microscopy technique and holographic interferometry. Theoretical and experimental results are in good agreement
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Bade, François. "Simulation numérique de la convection naturelle dans les thermosiphons." Aix-Marseille 1, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX11072.
Full textAbstract:
L'objet de la presente etude est de proposer une nouvelle methode de simulation numerique des ecoulements de convection naturelle dans les thermosiphons. La motivation de ce travail est l'utilisation de cette methode passive de refroidissement a l'habitat. Dans cette optique, nous avons opte pour une methode mixte de discretisation spatiale: collocation tchebychev associee aux methodes hermitiennes d'ordre 4. Le probleme de la cavite carree differentiellement chauffee a servi de test de fiabilite de l'algorithme semi-implicite que nous avons developpe pour resoudre les equations de boussinesq-oberbeck en variable primitive. L'algorithme de permeabilite fictive est utilise afin d'assurer l'incompressibilite. Une seconde etape de validation est menee pour le canal chauffe symetriquement a flux fixes en recherchant simultanement les meilleures conditions aux limites aux ouvertures du canal. L'etude complete des cinq situations extremes de chauffage des plaques a alors ete entreprise. A l'issue de celle-ci, nous proposons une nouvelle description de l'effet cheminee. Le renversement de l'ecoulement ascendant est etudie en precisant son seuil d'apparition, celui-ci correspond a une bifurcation supercritique. De plus, dans ce contexte, des phenomenes instationnaires ont ete observes. Ces derniers sont lies a une competition entre le developpement de la couche limite et celui de la largeur de la zone de renversement. Cette competition est caracterisee par une ejection periodique de la zone de recirculation
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Dhyser, Yann. "Analyse numérique de résultats expérimentaux dans le but d'établir la perméabilité intrinsèque de matériaux d'enrochement." Thesis, Université Laval, 2013. http://www.theses.ulaval.ca/2013/30228/30228.pdf.
Full textAbstract:
Le transfert de chaleur dans les sols est généralement gouverné par la conduction. Cependant, dans les matériaux d’enrochement, la taille des pores est suffisamment grande pour permettre le mouvement de l’air soit par un gradient de pression (convection forcée) ou par un gradient de température (convection naturelle). Il a été montré dans de précédentes études que la convection influence grandement le transfert thermique dans les enrochements d’ouvrages de génie civil tels que les routes, les voies ferrées ainsi que les remblais de barrages construits dans les régions froides (Goering et Kumar, 1996 ; Saboundjian et Goering, 2003 ; Konrad et al., 2006). Le paramètre qui influence le plus la convection est la perméabilité intrinsèque du matériau. Au cours de recherches précédentes, Côté et Fillion (Fillion, 2008 ; Côté et al., 2011b) ont mis au point une cellule de test où les conditions permettant la convection naturelle ont été appliquées à un échantillon de matériau de 1 m3, dans le but de mesurer sa perméabilité intrinsèque. L’analyse des résultats expérimentaux a été faite en utilisant une relation analytique entre les nombres de Nusselt (Nu) et de Rayleigh (Ra), relation basée sur les résultats de Schubert et Strauss (1979) et valide pour une cellule imperméable et aux parois adiabatiques. En comparant les résultats avec les valeurs issues de modèles théoriques, un biais a été mis en évidence. Biais qui aurait pu être causé par la relation analytique utilisée et qui ne serait pas adaptée au montage expérimental dont le comportement n’est pas adiabatique. Dans ce mémoire, les transferts de chaleur à l’intérieur de la cellule expérimentale sont recréés en utilisant une modélisation numérique par éléments finis de la cellule expérimentale. Une nouvelle relation entre les nombres de Nusselt et de Rayleigh adaptée à la cellule est établie et les résultats expérimentaux de Fillion (2008) sont ensuite ré-analysés avec cette nouvelle relation. Les nouvelles mesures de la perméabilité intrinsèque sont ensuite comparées en fonction du modèle utilisé avec les résultats obtenus expérimentalement par Fillion (2008) et par les relations théoriques.
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Villemure, Charles. "Optimisation à l'aide d'algorithmes génétiques d'un stratifié poreux soumis à un flux thermique en convection naturelle." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24394/24394.pdf.
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Vidalain, Guillaume. "Modélisation des phénomènes convectifs lors du changement de phase solide-liquide par utilisation de l'équation de diffusion de la chaleur et d'une forme modifiée de la conductivité." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24407/24407.pdf.
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Suh, Seung Jik. "Étude théorique et expérimentale d'un générateur d'air chaud fonctionnant par convection naturelle constituée d'une serre agricole munie d'absorbeurs et d'un stockage de chaleur en sous-sol à l'aide de conduits : application à la production de pleurotes." Nice, 1986. http://www.theses.fr/1986NICE4049.
Full textAbstract:
Étude d'une serre agricole munie de capteurs solaires et d'un système d'échangeurs enterrés, à air. Modélisation du système ; simulation sur ordinateur du comportement thermique, et comparaison avec des résultats expérimentaux
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Garnier, Charles. "Modélisation numérique des écoulements ouverts de convection naturelle au sein d'un canal vertical asymétriquement chauffé." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066353/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation numérique des écoulements ouverts de convection naturelle au sein d'un canal vertical asymétriquement chauffé à flux constant. Elle s'inscrit dans un contexte national de comparaison associant approches numériques (benchmark de la Société Française de Thermique SFT) et expérimentales. La particularité de ce type d'écoulement réside dans le fait que le moteur du mouvement est situé au sein même de l'écoulement, rendant alors difficile la modélisation des interfaces et par conséquent la définition des conditions aux limites à appliquer aux frontières ouvertes du domaine de calcul. Nous proposons ici deux approches numériques de modélisation de ce type d'écoulement. La première approche consiste à inclure à la fois le canal vertical et son environnement extérieur dans le domaine de calcul. Cette approche intègre les interactions canal - environnement extérieur de manière implicite et nous permet d'obtenir une description complète de l'écoulement et ainsi de caractériser les interfaces du canal. Sur la base de ces simulations, des solutions numériques de référence modélisant un écoulement de convection naturelle dans un canal vertical immergé dans un environnement infini sont établies. La deuxième approche consiste à restreindre le domaine de calcul aux limites géométriques du canal. Plusieurs méthodes de résolution et modélisation des interfaces sont alors proposées et comparées avec les solutions de référence précédentes. Une approche originale basée sur des conditions limites de type Robin pour la pression motrice montre ainsi de très bon accords avec les solutions de référenceThis thesis focuses on the numerical modeling of natural convection flows in a vertical channel asymmetrically heated at constant heat flux. It takes place in a national context of comparison of numerical approaches (benchmark of the French Thermic Society SFT) and experimental approaches. The main issues result in the fact that the driving forces lie within the computational domain so inlet and outlet flow cannot be a priori prescribed. Therefore it is difficult to model the interfaces and to prescribe boundary conditions at the open frontiers of the computational domain. We propose two numerical approaches for modeling this type of flow. In the first approach the numerical domain includes the vertical channel and its external surroundings in the computational domain. This approach implicitly integrates interactions between the channel and its external environment. This allows us to obtain a complete description of the flow and thus to characterize the channel interfaces. Based on these simulations, numerical reference solutions which are modeling a natural convection flow in a vertical channel immersed in a infinite environment are established. In the second approach the computational domain is restricted to the geometric limits of the channel. Several methods for the numerical resolution and for modeling of the interfaces are proposed and then compared with the previous reference solutions. An original modeling based on Robin boundary conditions for the driving pressure is described and shows very good agreement with the reference solutions
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Razi, Yazdan Pedram. "Contribution à l'étude de l'action des vibrations sur les écoulements de convection thermique ou solutale en présence ou en l'absence de gravité." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30234.
Full textAbstract:
Ce mémoire porte sur l’étude analytique et numérique de l’action des vibrations sur les écoulements de convection thermique et solutale en présence ou en l’absence de gravité. Les écoulements convectifs induits par un gradient de température, en présence des champs de gravité et/ou de vibration, sont étudiés dans le cadre de l’approximation de Boussinesq. Dans la première partie de cette thèse , on a étudié la stabilité linéaire et faiblement non linéaire du problème dit d’ Horton-Rogers-Lapwood sous l’effet des vibrations verticales parallèles au gradient thermique. On a utilisé deux approches différentes (méthode de moyennisation et méthode directe) pour analyser la stabilité linéaire du problème. A partir d’une analyse d’échelle effectuée sur les coefficients de l’équation de Mathieu, on a établi les critères permettant de comparer les résultats obtenus par ces deux approches. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous avons étudié l’influence des vibrations de hautes fréquences et de faibles amplitudes sur la naissance de la convection dans le cas d’un mélange binaire en présence d’effet Soret. Une étude de stabilité linéaire pour une cellule horizontale d’extension infinie remplie d’un mélange binaire est effectuée. Le formalisme des équations moyennées a été utilisé. La stabilité de la solution de quasi-équilibre, quelle que soit la direction des vibrations, est ensuite examinée dans le cas des faibles nombres d’onde en présence ou en l’absence de gravité. Nous avons obtenu pour cette configuration une relation analytique donnant les paramètres critiques. .In the present work, we study the effect of the action of mechanical vibration on the convective motion in mono and multi-component fluids in the presence or in the absence of gravity. In the framework of the Boussineq approximation, the induced convective motion due to the temperature field in the presence of gravitational and vibrational fields are studied. In the first part of this work, the linear and weakly non-linear stability analysis of Horton-Rogers-Lapwood problem under the effect vertical vibration (parallel to the temperature gradient) has been carried out. Two different approaches (time-averaged and direct methods) are used to study the thermal stability analysis of this problem. By applying the results obtained from the scale analysis method to the coefficients of the Mathieu equation, the criteria for comparing the results from these two stability analysis approaches are found. In the second part of this work, the influence of directions of vibration of high frequency and small amplitude on the onset of Soret driven convection is addressed. The linear stability analysis in an infinite horizontal layer filled by a binary mixture is performed. The stability of quasi-equilibrium solution for an arbitrary direction of vibration in the presence or in the absence of gravity for long wave mode is then examined. For this case, an analytical relation giving the critical parameter is found. .
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Mechergui, Olfa. "Etude numérique des transferts de masse et de chaleur en convection naturelle dans un canal : influence de la forme de la paroi." Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0020/document.
Full textAbstract:
Le présent travail apporte une contribution à la compréhension des mécanismes des transferts combinés de chaleur et de masse en convection naturelle lors de l’évaporation d’un film liquide d’eau d’épaisseur négligeable dans un canal vertical ondulé. L’écoulement est laminaire et bidimensionnel. Les équations régissant le phénomène sont résolues à l’aide d’une méthode aux volumes finis et le traitement du couplage vitesse-pression est réalisé par la méthode de projection. Les influences de la densité de flux de chaleur, de la température ainsi que l’humidité de l’air à l’entrée et la forme de la paroi du canal sur les transferts sont étudiées. Les résultats sont présentés sous la forme de ligne de courant, d’isothermes et d’iso-concentrations.Les simulations numériques effectuées ont permis l’étude détaillée de la structure de l’écoulement ainsi que des champs thermiques et massiques. Nous représentons également, les nombres de Nusselt et de SherwoodThe present work is a contribution to the understanding of the mechanisms of combined heat and mass transfers in natural convection during the evaporation of a liquid film with negligible thickness in a wavy vertical channel. The flow is laminar and two-dimensional. The equations governing the phenomenon are resolved using the finite volumes method and the treatment of the coupling between velocity and pressure is carried out by the projection method. The influences of the heat flux density, the temperature and the humidity of the inlet air and the shape of the channel wall on the transfers are studied. The results are presented in the form of cstreamlines, isotherms and iso-concentrations.The numerical simulations carried out have allowed the detailed study of the flow structure as well as the thermal and mass fields. We also represent the Nusselt and Sherwood numbers
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Chami, Nada. "Evaluation de l'impact des isolants minces réfléchissants dans le bâtiment." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005757.
Full textAbstract:
Ce travail met la lumière sur les performances d'une technique d'isolation de l'enveloppe du bâtiment par produits minces réfléchissants (PMR). Cette technique regroupe la performance isolante d'un matériau ainsi que celle d'une lame d'air fermée à la réduction des transferts radiatifs en utilisant une barrière à faible émissivité thermique. Le marché de ces produits s'est développé rapidement alors qu'ils ne sont pas certifiés et qu'il existe une controverse sur les performances effectives qu'ils peuvent atteindre une fois intégrés dans le bâtiment. L'objectif principal a donc été de réaliser une caractérisation complète de ces produits intégrés dans les parois verticales du bâtiment et les combles, par modélisation et par étude expérimentale, pour obtenir une meilleure connaissance des phénomènes physiques induits par ce type de produits d'isolation. Un modèle thermique de paroi complexe intégrant un PMR a été réalisé. Une étude numérique préliminaire a permis de caractériser l'échange convectif à l'intérieur des lames d'air non ventilées. Les résultats de performances thermiques ont été validés par une étude expérimentale basée sur le principe de la boîte chaude. Un modèle de rampant de toiture intégrant un PMR a été également réalisé. Pour la période estivale, la lame d'air ventilée conçue entre les tuiles et le produit réfléchissant a été étudiée par une modélisation numérique et des mesures par PIV. Le facteur de transmission solaire du complexe de rampant a été déterminé en variant plusieurs paramètres. Pour la période hivernale, les performances thermiques ont été calculées en prenant en compte l'effet du vent et la perméabilité des tuiles sur la lame d'air ventilée. Les résultats ont montré que ces produits, utilisés comme isolation unique, ne répondent pas aux exigences règlementaires. Installés en complément, ils ont l'avantage d'augmenter le confort d'été au niveau des combles aménagés en période ensoleillée.
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Moglan, Raluca. "Modeling and numerical simulation of flow and heat phenomena in a telecommunication heat cabinet." Rouen, 2013. http://www.theses.fr/2013ROUES060.
Full textAbstract:
Nous proposons dans cette étude une nouvelle approche 3D pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles sous l’approximation de Boussinesq. La nouveauté du code développé est l’utilisation des méthodes d’ordre élevé pour l’intégration en temps (schéma de Runge-Kutta à l’ordre trois) et pour la discrétisation spatiale (schéma aux différences finies à l’ordre six). Une étude de l’ordre de la méthode numérique a été faite, suivie par une validation détaillée pour plusieurs cas de convection naturelle. Une méthode d’éléments finis été développée pour le même problème, codée avec FreeFem++, et validée pour les mêmes cas de convection naturelle. Nous avons considéré ensuite le cas d’une armoire de télécommunications, modélisée sous la forme d’un domaine rectangulaire, avec des objets (obstacles) intérieurs, représentés par une méthode de type frontière immergée. Cette méthode a été validée par rapport aux cas existants dans la littérature et par rapport aux résultats obtenus avec le code éléments finis (qui représente exactement les obstacles). Nous présentons des résultats pour plusieurs configurations, avec des obstacles chauffants placés différemment à l’intérieur de la cavité. Une comparaison avec les mesures expérimentales effectuées dans une armoire avec deux composantes dissipant de la chaleur est aussi effectuée. Le code de type éléments finis est finalement développé et testé pour simuler des matériaux à changement de phaseIn this thesis we present a new 3D approach for solving the incompressible Navier-Stokes equations under the Boussinesq approximation. The advantage of the developed numerical code is the use of high order methods for time integration (3rd order Runge-Kutta method) and spatial discretization (6th order finite difference schemes). A study of the order of the numerical method was made, followed by an extensive validation for several cases of natural convection. A finite element simulation code for the same problem was developed using FreeFem++, and was validated with respect to the same cases of natural convection. The case of a telecommunication cabinet was treated by modelling interior obstacles generating heat using an immersed boundary method. This method was validated with respect to the finite element simulation, and many other cases from the literature. We present the results for different 2D and 3D configurations, with obstacles differently placed inside the cavity. Results are also presented for the comparison with experimental measurements in a cabinet with two components dissipating heat. The finite element code is finally extended and tested to simulate phase change materials that could serve as passive cooling devices
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Berour, Nacer. "Modélisation du transfert de chaleur par rayonnement, conduction et convection : Application aux fours verriers." Nancy 1, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2005_0152_BEROUR.pdf.
Full textAbstract:
Ce mémoire de recherche porte sur l'étude des transferts de chaleur couplés associant rayonnement, conduction et convection. Les milieux semi-transparents, non gris, portés à haute température sont étudiés. Une description fine de la physique des phénomènes mis en jeux, nous a conduits à développer plusieurs modèles numériques applicables à de tels matériaux. La résolution de l'équation du transfert radiatif (ETR), des équations de Navier-Stokes et du bilan d'énergie est menée grâce à la méthode des volumes finis (MVF). Le recours a une quelconque solution analytique est impossible compte tenu de la complexité des problèmes considérés. Toutefois, l'emploi de méthodes numériques implique le choix d'un certain nombre d'approximations nécessaires à la reformulation du problème réel. Que ce soit pour la résolution de l'ETR ou pour les équations de transport, nous avons testés, développé et comparé plusieurs relations de fermeture. La précision et la stabilité de convergence constituent les critères de choix de ces techniques. Dans le cadre de cette étude des transferts de chaleur couplés, un nouveau schéma de différentiation pour l'ETR et une version modifiée du schéma QUICK pour les équations de transport, s'avèrent être les plus efficaces. Les codes de calculs réalisés lors du travail de thèse ont été employés pour simuler le chauffage de bain de verre en fusion. Un modèle complet décrivant le fonctionnement d'un four float, du chargement de la matière première à l'évacuation du verre affiné, achève le mémoireStudy of coupled heat transfer through radiation, conduction and convection has been carried out and detailed in this PhD memory. Non grey semitransparent media at high temperatures are studied. Acute description of involved physical phenomena leads us to develop several numerical methods for such materials. Radiative heat transfer equation (RTE), Navier-Stokes equations and energy balance are solved with the finite volume method (FVM). Analytical solutions cannot be considered for such problems owing to their complexity. Besides numerical treatment induces necessary approximation in order to rewrite characteristical equations describing the real problem. In the case of RTE modelling a new differencing scheme has been proposed, on the other side Navier-Stokes transport equations are solved with a modified QUICK scheme. Both techniques ensure efficient modelling. The achieved simulation codes have been used for glass melting process description. An enhanced model describes a float glass furnace behaviour, from the material feeding to the refined glass extraction
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Meksi, Olfa. "Contribution à la caractérisation numérique et expérimentale des échanges thermiques externes des machines électriques totalement fermées et non ventilées avec introduction des données d’incertitudes." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2367/document.
Full textAbstract:
En plus des aspects électrique, magnétique, vibro-acoustique et mécanique, les considérations thermiques doivent être prises en compte lors des phases de conception et d’optimisation des machines électriques. Ce mémoire se porte sur l’analyse et la simulation du comportement thermique des machines électriques Totalement Fermées et Non Ventilées (TFNV) et plus particulièrement sur le cas de la machine Synchro-réluctante (Synchrel), utilisée comme actionneur d’embrayage. Un modèle thermique détaillé (MTD), décrivant le comportement thermique de la machine Synchrel est conçu. Ce MTD proposé est construit grâce à une combinaison de la méthode à Constantes Localisées (CL) et d’une technique numérique de type Mécanique des Fluides Numériques (MFN). La première méthode est dédiée à la modélisation des transferts conductifs et radiatifs. La seconde permet de modéliser le mécanisme de refroidissement par convection naturelle autour de la machine Synchrel. Compte-tenu de l’importance du mode de refroidissement sur l’évolution des températures critiques, l’approche MFN peut apporter plus de précision. Par contre, elle nécessite des temps de calcul importants ce qui freine son utilisation. Afin de surmonter cette problématique, les résultats numériques obtenus pour des points de fonctionnement particuliers sont utilisés afin de définir des relations de corrélation analytiques. Cette analyse numérique est accompagnée d’une démarche expérimentale afin d’élaborer les corrélations expérimentales correspondantes. L’étude montre que les solutions numériques peuvent converger vers des solutions plus précises si l’on tient compte des données d’incertitudes introduites par cette approche. La deuxième problématique traitée est la détermination des Résistances Thermiques de Contact (RTCs) des machines électriques. Elles constituent des paramètres clefs dans la définition du MTD complet. La démarche de détermination des RTCs est basée sur deux approches d’identification paramétrique. La première est basée sur des observations expérimentales du comportement thermique de la machine. La seconde est basée sur une approche mathématique de réduction de modèle. Les valeurs déterminées sont cohérentes avec la littérature, bien que la machine Synchrel diffère en topologie, taille et puissance. En utilisant la corrélation d’origine numérique du phénomène de convection externe, le MTD complet est alors utilisé afin d’évaluer la variation de température due à l’erreur introduite par la MFN. En utilisant la corrélation expérimentale, le MTD complet est validé. Les approches d’identification paramétrique conduisent à la construction de deux modèles thermiques de second ordre de la machine. Ces modèles permettent la surveillance du comportement thermique du bobinage et du carter. Ces deux modèles simplifiés font montre d’une prédictibilité satisfaisante au regard de leur simplicitéIn addition to electrical, magnetic, vibro-acoustic and mechanical aspects, thermal considerations must be taken into account during the design and optimization of electrical machines. This study focuses on the analysis and the simulation of the thermal behavior of Totally Enclosed Non Ventilated (TENV) electric machines, specifically a Synchro-reluctant motor (Synchrel) in the context of an automotive application : a clutch actuator. A detailed thermal model (MTD) describing the thermal behavior of the Synchrel machine is designed. This proposed MTD is based on a combination of the Lumped Parameter Thermal Network method (LPTN) and the Computational Fluid Dynamics (CFD) methods. The first method is dedicated to model the conductive and radiative heat transfers. CFD techniques are dedicated to model the cooling mechanism based on the natural convection around the Synchrel machine. Since the critical temperature is very sensitive to the cooling mode, the CFD approach is used in this study to provide more accurate results. On the other hand, it requires considerable computing time, which prevents its use in design studies based on optimization methods. In order to overcome this problem, only some numerical results obtained for particular operating points are used to define an analytical correlation based on the numerical calculation relations. This numerical analysis goes with an experimental approach in order to elaborate the corresponding experimental correlations. This study shows that numerical solutions can present a good accuracy, if uncertainty data introduced by this approach are taken into account. The second research problem addressed in this study is the determination of the Contact Thermal Resistances (RTCs), which are key parameters in the definition of the MTD. The determination procedure of the RTCs is based on two parametric identification approaches. The first one is experimental and based on some observations of the thermal behavior of the machine. The second one is based on a mathematical model reduction approach. The determined values are consistent with results from literature, although the Synchrel machine differs in topology, size and power. Using the numerical correlations, the MTD is used to evaluate the temperature deviation due to error terms introduced by the CFD approach. Then, using these experimental correlations, the MTD’s quality can be checked and approved. Parametric identification approaches lead to the construction of two secondorder thermal models of the machine. These models allow monitoring the thermal behavior of the winding and the casing. Both simplified models show satisfactory predictability with respect to their great simplicity
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El, Wakil Nadim. "Etude de transferts de chaleur par conduction, convection et rayonnement couples dans des milieux semi-transparents fluides ou poreux : Elaboration de modèles de simulation en géométrie bidimensionnelle." Lyon, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAL0050.
Full textAbstract:
Ce travail est une étude numérique des transferts de chaleur couplés dans les milieux semi-transparents gris en géométrie bidimensionnelle rectangulaire. Après un bref rappel des équations du transfert radiatif, complété par un aperçu général sur les différentes méthodologies fréquemment utilisées pour résoudre ces équations, nous avons choisi la méthode des ordonnées discrètes (Sn) qui a connu très récemment beaucoup de succès en raison de sa précision ainsi que de sa compatibilité avec la modélisation des autres modes de transfert de chaleur. Nous avons développé cette méthode dans le cas des milieux à diffusion anisotrope. Afin d'éliminer certaines aberrations numériques observées lors de sa mise en oeuvre, nous avons proposé, dans le premier chapitre du mémoire, une nouvelle version que nous avons testée par comparaison avec d'autres méthodes très précises et de référence. Ensuite nous avons adopté l'approximation S4 pour l'étude de couplages où l'on a effectué une analyse systématique concernant l'influence des différents paramètres radiatifs du milieu, ainsi que des caractéristiques de ses surfaces frontières. Commençant par le couplage de la conduction avec le rayonnement dans le deuxième chapitre, où nous avons adopté la méthode des volumes de contrôle pour résoudre l'équation de la chaleur, nous avons poursuivi l'étude, dans le troisième chapitre, pour traiter un domaine très rarement abordé, qui est celui du couplage de la convection naturelle et du rayonnement dans les milieux poreux, où nous avons utilisé le modèle de DARCY pour la modélisation de la convection. Finalement, nous avons terminé l'étude du couplage dans le quatrième chapitre, consacré au transfert couplé rayonnement et convection naturelle en régime laminaire dans les milieux fluides. Dans cette partie nous avons adopté l'algorithme SIMPLER qui a connu beaucoup de succès ces dernières annéesThis work presents a numerical study for the coupled heat transfer in a gray semi-transparent media contained in two-dimensional rectangular enclosure. The radiative heat transfer equations are first presented. Then a genral review of the different methodologies usually used to resolve these equation is given. According to this study we have selected the discrete ordinates methods (Sn) recently talking a great attention due to its accuracy as well as its compatibility with the modelling of other modes of heat transfer. The first chapter deals with the application of this method to many cases specially for the anisotropic scattering media. Numerical ascillation were observed and had to be eliminated. The method has been modifed to improve its performance, then compared to other reference methods of high accuracy ; The S4 approximation is then adopted to study the coupled heat transfer problem and to analyse the influence of different radiative properties of the medium and the enclosue surfaces. The second chapter is conerned with the combined conduction-radiation heat transfer problem. The energy equation has been solved using the control volume approach. The fird chapter treats a rarely studied topic. This is the combined radiation-natural covection heat transfer in porous media. The darcy law is used in the modelling of natural convection. Finally, the fourth chapter is devoted to solve the combined radiation-natural convection in a fluid, using the SIMPLER algorithm
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Louarn, Sylvain. "Études expérimentales et simulation numérique d'un procédé thermique de séchage : application au traitement des boues." Lorient, 2013. http://www.theses.fr/2013LORIS300.
Full textAbstract:
Dans une logique de valorisation globale des ressources, les boues issues des stations d’épuration urbaines, des activités industrielles et de l’agriculture sont en grande partie traitées via des filières de valorisation. Dans la majorité des cas les processus de valorisation imposent en amont une réduction significative de la quantité d’eau présente dans les boues. Dans les filières de traitement il existe donc généralement une première phase de séchage mécanique avant un séchage thermique qui doit permettre d’atteindre une siccité de 80%. Le niveau de déshydratation étant directement lié à l’énergie apportée aux produits il est nécessaire de développer un procédé de séchage à grande efficacité énergétique. L’objectif de cette thèse concerne le développement et la validation d’un outil numérique complet de dimensionnement d’un séchoir couplé à une pompe à chaleur. La mise en place d’une installation pilote au sein du LIMATB a permis d’établir les cinétiques de séchage de plaques de boue soumises à des apports de chaleur de type convectif et conductif. L’analyse et la comparaison des résultats expérimentaux permettent d’observer l’influence des paramètres opératoires (température, humidité et vitesse de l’air, température de contact) sur le temps de séchage et la déformation du produit. Une modélisation 1D des transferts couplés de chaleur et de masse est validée par diverses expérimentations. La prise en compte d’un coefficient de diffusion effectif, intégrant l’effet des crevasses, s’est avérée pertinente pour accéder aux évolutions des champs de température et de teneur en eau dans le produit. De nouveaux scenarii de séchage avec conditions d’air variable, et retournement du produit sont simulés. Ce modèle “produit” a ensuite été combiné à un modèle global de séchoir-tunnel multizone. Celui-ci intègre la circulation de la boue dans le séchoir et l’évolution des caractéristiques de l’air lors de son passage dans chaque zone. Des simulations permettent la prédiction en régime dynamique du taux de siccité du produit en fonction de conditions thermo-aérauliques fixées. En parallèle, un module de calcul complémentaire a été mise en œuvre pour effectuer le dimensionnement d’une pompe à chaleurWithin an approach of wastes global valorization, sludge generated by municipal, industrial and agricultural wastewater treatment plants is mostly re-used in valorization processes. In most of the cases, these recycling processes first make it necessary to reduce significantly the water content in upstream sludge. Generally, the first step of this type of process is a mechanical dewatering phase followed by a thermal drying phase in order to reach a dry content of 80%. As dehydration is directly linked to the amount of energy brought to the product, it is necessary to develop a high energy efficient drying process. This thesis focuses on developing and validating a complete numerical tool for designing a heat pump assisted sludge dryer. The experimental setup within the LIMATB lead to the establishment of the drying kinetics of sludge plates submitted to convective and conductive heat intakes. Thanks to the analysis and the comparison of experimental data, the impact of operating parameters (air temperature, humidity and velocity, contact temperature) on the drying time and the product deformation can be observed. A coupled heat and mass transfer 1D model is validated by various experiments. The taking into account of an effective diffusion coefficient, which integrates the influence of cracks, has been proven relevant to access to the evolutions of temperature and water content gradients in the product. New drying scenarios with variable air conditions and product flipping have been simulated. Then, this model has then been combined to a global multizone tunnel dryer model. It integrates the circulation of sludge in the dryer and the evolution of air characteristics as it goes through each zone. Simulations permit to predict the dry content as a function of the air conditions in dynamic regime. Meanwhile, an additional computing module has been developed with a view to designing the heat pump system
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Fleury, Laurence. "Equilibres multiples de la circulation thermohaline." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30137.
Full textAbstract:
A l'echelle planetaire, les forcages de chaleur et d'eau douce agissent de facon antagoniste sur le champ de densite de surface de l'ocean. Cette competition entre les effets thermique et salin autorise plusieurs modes operatoires de la circulation dite thermohaline. Ses equilibres multiples sont ici etudies via la comparaison entre un modele numerique bidimensionnel et une equation asymptotique derivee dans la limite d'une couche oceanique fine. Les resultats des simulations numeriques et les solutions asymptotiques, obtenus avec differents forcages, presentent des similitudes mais egalement des differences qui sont exprimees a l'aide de criteres simples. Ainsi l'analyse asymptotique s'avere un outil simple et puissant de prediction des equilibres simules. Ensuite, une methode de suivi des solutions stationnaires dans l'espace des parametres a ete utilisee pour etudier l'equation asymptotique. La structure bifurcatoire observee est analogue a celle du modele bidimensionnel. Une parametrisation de la rotation et du forcage dynamique est introduite dans chacun des modeles. Leur symetrie peut etre brisee et leurs diagrammes de bifurcation evoluent de facon analogue.
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Bricard, Patrick. "Modélisation de l'ébullition sous-saturée et de la crise d'ébullition par caléfaction en convection forcée." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1995. http://www.theses.fr/1995ECAP0434.
Full textAbstract:
Phénomènes importants de l'ébullition en convection forcée, l'ébullition sous-saturée et la crise d'ébullition par caléfaction ont été modélisées, avec confrontation à des données expérimentales de la littérature. L'étude sur l'ébullition sous-saturée a visé à mieux rendre compte, dans les modèles monodimensionnels, de la forte non-uniformité des profils transverses de température liquide et de taux de vide. Une première voie a consisté à calculer explicitement, à partir de fonctions de profil auto-similaires, les paramètres de distribution qui apparaissent dans les équations moyennées ; elle a donné des résultats satisfaisants. Cette démarche a ensuite été affinée en couplant les deux écoulements monodimensionnels que sont la couche diphasique près de la paroi chauffante et la couche liquide adjacente ; les moins bons résultats obtenus et les problèmes de fermeture rencontres, dont un, a priori générique de ce type d'approche, rendent cette deuxième méthode peu pertinente. L'étude de la crise d'ébullition par caléfaction s'est focalisée sur sa compréhension et sa modélisation physique. Une analyse bibliographique a mis en lumière la difficulté à examiner expérimentalement ce phénomène très local et le caractère hypothétique des mécanismes et modélisations avances. Cette étude propose une unification de deux mécanismes plus cohérents avec les observations expérimentales ; le mécanisme ainsi défini, base sur l'assèchement d'un site de nucléation, s'applique a priori a tout le domaine de la caléfaction. Une première modélisation simplifiée en a été faite ; elle donne des résultats très satisfaisants. Pour étayer ce mécanisme, la réponse thermique instationnaire bidimensionnelle de la paroi à un cycle de nucléation a été déterminée par un couplage fluide-paroi ; des hypothèses assez sévères, qui demandent à être vérifiées expérimentalement, ont ainsi dues être ajoutées pour simuler la crise d'ébullition
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Khourchafi, Abdelhak. "Etude de l'approximation P1 pour les transferts radiatifs spectralement corrélés dans des gaz : application à l'étude des transferts couplés convection-rayonnement dans des échangeurs de chaleur à haute température." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0346.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est de modéliser les transferts couplés convection turbulente-rayonnement en vue de l'application au calcul des échangeurs de chaleur à haute température. Dans la première partie de cette étude, une modélisation des transferts radiatifs dans les gaz à l'aide de la méthode P1 couplée à un modèle spectral de type statistique à bandes étroites à loi inverse exponentielle est proposée. La technique de l'indicatrice de corrélation est utilisée afin de prendre en compte les corrélations spectrales liées à la structure fine du spectre d'absorption des gaz. Des résultats numériques sont présentés dans le cas de gaz de combustion actifs dans l'infrarouge (vapeur d'eau et dioxyde de carbone) en géométrie 1D et 2D. Une comparaison avec d'autres résultats de la littérature permet de valider le modèle de rayonnement. Dans la seconde partie de ce travail, on a procédé au couplage du modèle de rayonnement P1 spectralement non corrélé, au logiciel de thermohydraulique TRIO développé au CEA, utilisant un modèle de turbulence de type Ƙ-Ɛ, avec des lois universelles de raccordement à la paroi. Des calculs d'écoulements turbulents de gaz de combustion dans un canal rectangulaire ont été effectués et comparés avec des résultats expérimentaux. On montre que l'accord obtenu est satisfaisant, mais que d'autres tests sont nécessaires pour valider complètement le modèle de couplage convection-rayonnement
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Lecocq, Yannick. "Contribution à l'analyse et à la modélisation des écoulements turbulents en régime de convection mixte : application à l'entreposage des dechets radioactifs." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Lecocq-Yannick/2008-Lecoq-Yannick-These.pdf.
Full textAbstract:
Dans le cadre de la problématique du refroidissement des déchets radioactifs, ce travail a pour objectifs l’étude de l’écoulement autour d’un cylindre chauffant monté en paroi soumis à un écoulement transverse selon l’approche URANS. Les limitations bien connues de la modélisation au premier ordre conduisent à considérer une approche au deuxième ordre. C’est dans ce sens qu’un modèle d’échange thermique est développé puis validé sur des cas académiques. Dans un premier temps, lorsque le régime de convection mixte est dominant, ces calculs, réalisés par le modèle bas-Reynolds k–w SST, et complétés par un calcul isotherme, mettent en évidence de nombreuses structures tourbillonnaires recensées par la bibliographie. Un calcul avec le modèle haut-Reynolds Rij–epsilon SSG est aussi effectué. Avec le modèle k–w SST, l’échange thermique est convenablement reproduit par rapport à l’expérience VALIDA, conduite par le CEA, alors qu’avec le modèle Rij–epsilon SSG celui-ci est fortement sous-estimé, certainement en raison de l’utilisation de lois de paroi. Dans un second temps, lorsque la convection naturelle est prépondérante, la topologie des écoulements est alors complètement différente et le transfert thermique est bien moins fidèle à l’expérience VALIDA. Le modèle à pondération elliptique EB–RSM, issu de l’approche de Durbin, consiste en la prise en compte des effets de paroi, et en particulier le blocage à la paroi. D’après ce formalisme, un modèle algébrique des flux thermiques avec pondération elliptique est développé, l’EB-AFM. Avec ce modèle, des tests a priori dans les trois régimes de convection puis les simulations sur les mêmes cas montrent une nette amélioration dans la prédiction des différents écoulements faisant place à une perspective intéressante d’un modèle intermédiaire entre une formulation SGDH et des équations de transportIn the frame of radioactive waste management, this work aims to study the flow around a heating wall-mounted cylinder in cross flow in URANS approach. Well-known limitations of first order turbulence models lead us to consider second order turbulence modelling. In that frame, a heat transfer model is developed and validated on academic test cases. To begin with, when mixed convection regime is dominant, these simulations, completed by an isotherm one, all performed with low-Reynolds k–w SST model, give prominence to several eddy structures registered by the bibliography. One simulation is also performed with the high-Reynolds Rij–epsilon SSG model. With the k–w SST model, the heat transfer is correctly reproduced compared to the VALIDA experiment lead by the CEA, though with the Rij–epsilon SSG model, it is strongly under-estimated. It is supposed that it comes from the use of wall functions. Subsequently, when natural convection is predominant, flow topology becomes completely different and the heat transfer becomes less accurate to the VALIDA experiment. Following Durbin’s approach, the Elliptic Blending-Reynolds Stress Model EB–RSM, consists in accounting for wall effects, and in wall blockage in particular. Following this formalism, an Elliptic Blending-Algebraic Flux Model is developed, the EB-AFM. With this model, a priori tests in the three convection regimes and then simulations on the same test cases show major improvements in flow predictions. This leads to an interesting perspective to an intermediate model between SGDH and transport equations
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Maliwan, Kittinan. "Modélisation de l'action des vibrations sur les écoulements de convection thermique ou solutale en milieux poreux." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30137.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur l'étude théorique de la naissance de la convection thermique ou thermosolutale bidimensionnelle induite simultanément par la gravité et par les vibrations verticales de hautes fréquences et de faibles amplitudes en milieux poreux. La géométrie considérée est de type "Rayleigh-Bénard" avec les conditions aux limites de parois rigides ou de parois libres. Le modèle de Darcy-Brinkman a été choisie pour tenir compte des effets de diffusion visqueuse près des parois. Les écoulements convectifs résultant de la présence d'un gradient de température ou de concentration et de vibrations sont modélisés par les équations moyennées dans le cadre de l'approximation d'Oberbeck-Boussinesq. La stabilité linéaire de la solution d'équilibre est ensuite étudiée. Dans la première partie de cette thèse, nous avons considéré le cas d'un fluide simple saturant le milieux poreux avec des conditions aux limites de parois rigides. Les paramètres critiques ont été trouvés par la méthode de Galerkin. Dans le cas des faibles nombres de Darcy, nous avons aussi obtenu la relation analytique à partir de l'analyse asymptotique. Notre étude a montré que les oscillations verticales ont un effet stabilisant. Une étude de la stabilité faiblement non linéaire a également été réalisée dans le cadre des très faibles nombres de Darcy. Dans la deuxième et dernière partie, nous avons étudié la naissance de la convection dans le cas d'un fluide binaire avec les conditions aux limites de parois libres. Une étude de stabilité linéaire et faiblement non linéaire a été effectuée dans le cas des très faibles nombres de ijarcy. Nous avons obtenu pour cette configuration des relations analytiques donnant les paramètres critiques pour la bifurcation stationnaire et instationnaire. Les résultats obtenus ont aussi été comparés avec ceux trouvés en l'absence de vibrationThe present work, we study analytically the effect of the action of high-frequency vertical vibration on the onset of the convective motion in mono and multi-component fluids in porous media. The geometry considered is a "Rayleigh-Bénard" configuration. Generalized Darcy-Brinkman mathematical model is taken into account to describe convective flows. In the framework of Oberbeck-Boussinesq approximation, the induced convective motion due to temperature field or concentration field in the presence of gravitational and vibrational fields are studied by using time-averaged method. In the first part of this work, the case of porous media saturated by pure fluid is considered. The critical parameters are found by applying Galerkin method. The asymptotic analysis is also performed to obtain an analytical relation in the case of small Darcy numbers. It is shown that high-frequency vertical vibration can delay convective instabilities and, in this way, reduce the convective flow. In the case of very small Darcy numbers, the weakly non-linear analysis is then carried out to obtain an expression for Nusselt number. .
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Taik, Ahmed. "Modélisation et analyse asymptotique des fronts de réaction." Lyon 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LYO10104.
Full textAbstract:
Nous avons etudie la polymerisation frontale d'un monomere dans le cas ou le produit est solide, puis dans le cas ou le produit est liquide. Pour ce faire, nous avons utilise une approche analytique basee sur la methode de la zone infiniment etroite. Cette methode a ete proposee originellement par zeldovich et frank-kamenetsky. L'idee de cette methode est la suivante: pour une energie d'activation assez grande, la reaction se produit dans une zone tres mince. A l'exterieur de cette zone, le terme source de la reaction est negligeable. Comme consequence on obtient, par passage a la limite, un probleme d'interface ou le terme source est ommis et remplace par certaines conditions de saut au voisinage de l'interface. Cette approche peut etre justifiee par la methode des developpements asymptotiques raccordes. Deux types d'instabilite du front peuvent etre mis en evidence. 1. Une instabilite cellulaire correspond au cas ou la valeur propre du probleme linearise autour de la solution stationnaire passe du demi-plan complexe gauche a celui de droite en traversant l'origine. 2. Une instabilite oscillatoire correspond au cas ou les deux valeurs propres complexes conjuguees, de parties imaginaires non nulles, intersectent l'axe imaginaire. Une bifurcation comme celle de hopf peut avoir lieu dans ce cas. Les effets thermique, hydrodynamique et convectif sont a l'origine des divers types d'instabilites dont on a etudie les interactions. Nous avons mene une etude similaire de stabilite de front de combustion pour le cas des gaz ; nous avons considere le modele d'une flamme cylindrique entretenue par deux reactions sequentielles
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Khabbazi, Abdelhamid. "Etude des écoulements le long d'une paroi verticale non isotherme, dans une cavité fermée à grand nombre de Rayleigh." Toulouse 3, 1993. http://www.theses.fr/1993TOU30007.
Full textAbstract:
Dans des locaux, type piece d'habitation, les parois verticales sont souvent non isothermes, c'est, par exemple, le cas d'une baie vitree dans une facade ou d'un element chauffant place en un endroit quelconque de la paroi. Les echanges superficiels n'y sont plus uniformes ni assimilables a ceux qui existent le long d'une plaque plane verticale isotherme. Nous avons voulu les qualifier d'abord et ensuite les quantifier dans une cellule quasi-cubique de 2,5 m d'arete environ, pour des configurations simples. Dans un premier chapitre, nous presenterons une etude bibliographique sur les ecoulements en convection naturelle dans des cavites a grand nombre de rayleigh (superieurs a 10#9). Dans un deuxieme chapitre, nous exposons la methode integrale de karman polhausen qui permet de modeliser les echanges convectifs pour un domaine d'altitude que nous precisons. Le chapitre trois est consacre a la presentation du dispositif experimental qui comprend essentiellement une cellule en site reel, dans laquelle nous pouvons imposer differentes temperatures sur l'une des parois verticales, et mesurer celles des autres parois. Le dernier chapitre presente nos resultats experimentaux et leurs interpretations. Nous avons realise un ensemble de quinze configurations qui correspondent a des bandes chaudes ou froides alternativement presentes sur la paroi active. Pour chaque configuration on trace, avec un pas d'espace tres fin, les profils thermiques pour de nombreuses altitudes pres de la paroi active. A partir de ces profils, on calcule les flux echanges par convection et on en deduit des correlations du type nu=f(ra). L'application locale de la methode de karman polhausen est faite pour les profils thermiques et l'on montre qu'il y a, pour un domaine d'altitude donne, une bonne concordance entre resultats theoriques et experimentaux
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El, Alami Mustapha. "Contribution à l'étude thermique et dynamique des écoulements le long d'une paroi non uniformément chauffée dans une cavité à grand nombre de Rayleigh." Toulouse, INSA, 1994. http://www.theses.fr/1994ISAT0009.
Full textAbstract:
Nous etudions les ecoulements de convection naturelle le long d'une paroi soumise a un chauffage non isotherme, dans une maquette a l'echelle reduite. Dans un premier chapitre, nous presentons une etude bibliographie directement liee a notre recherche. Dans un deuxieme chapitre, nous rappelons le principe de la methode integrale de karman-polhausen et nous presentons les elements que nous avons developpes pour completer cette methode. Dans un troisieme chapitre, nous donnons le dispositif experimental et la metrologie installee. Dans un dernier chapitre, nous exposons l'ensemble des resultats experimentaux et theoriques. Trois elements importants pour la connaissance des ecoulements sont etudies pour la cavite remplie d'air puis de forane r12b1: le champ thermique, qui nous permet de calculer la densite de flux echange par convection, le nombre de nusselt et le coefficient d'echange convectif superficiel ; une visualisation de l'ecoulement et une analyse spectrale des fluctuations de temperature qui montrent l'apparition et la disparition de cellules de recirculation et de fortes fluctuations thermiques ; une etude theorique qui donne des resultats tres satisfaisants permettant de definir l'ecoulement dans la couche limite. Enfin, nous verifions que la similitude etablie entre la maquette et une cellule a l'echelle reelle, est conservee dans le cas des ecoulements le long d'une paroi non isotherme verticale dans une cavite dont le nombre de rayleigh est voisin de 10#1#1
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Rincon, François. "Dynamique des grandes échelles de la convection dans la photosphère solaire." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30254.
Full textAbstract:
Les mesures des champs de vitesse turbulents dans la photosphère solaire font apparaître trois échelles horizontales distinctes : la granulation (1~000~km), la mésogranulation (7~000~km), et la supergranulation (30~000~km). La granulation résulte du refroidissement radiatif brutal à la surface du gaz chaud et montant. En revanche, l'origine de la mésogranulation et de la supergranulation est en grande partie inconnue. Au cours de cette thèse, plusieurs modèles de convection ont été élaborés afin de mettre en évidence des mécanismes de formation de ces écoulements à grande échelle. Une première approche théorique a consisté à étudier l'instabilité convective dans le domaine linéaire en présence de champ magnétique, de stratification en densité, et de conditions aux limites de flux thermique, pertinentes aux grandes échelles. Cette étude a montré que des cellules de convection très allongées étaient favorisées et qu'une échelle supergranulaire pouvait être obtenue pour des valeurs réalistes de champ magnétique. Dans un deuxième temps, des simulations numériques directes de convection turbulente compressible avec un rapport d'aspect très important ont été réalisées afin d'étudier la dynamique aux grandes échelles. Ces simulations, effectuées à l'aide d'un code DNS développé en partie durant la thèse, ont permis de mettre en évidence la formation de deux échelles horizontales distinctes. La première, comparable à la granulation, n'est visible qu'à proximité de la surface. La seconde est une mésoéchelle très énergétique, de taille intermédiaire entre la dimension horizontale du domaine et la granulation. Elle est présente à toutes les profondeurs et son origine est convective. La mésogranulation solaire, au vu de ses ressemblances avec ce motif, pourrait donc dominer la dynamique convective sous la surface tout en étant masquée par la granulation. .Velocity fields measurements of turbulent flows in the solar photosphere reveal three distinct horizontal scales: granulation (1 000 km), mesogranulation (7 000 km) and supergranulation (30 000 km). Granulation is known to result from radiative cooling of hot ascending gas close to the surface, but the origin of mesogranulation and supergranulation remains largely unknown. Several convection models were developed in the course of this PhD research in order to investigate possible formation mechanisms for these large-scale flows. A theoretical study of the convective instability in the linear regime has first been attempted. The model relies on a fully compressible description of the fluid movements when a vertical permanent magnetic field and fixed thermal flux boundary conditions (that are relevant on large scales) are imposed. Very elongated convection cells are shown to be preferred as convection sets in and scales comparable to supergranulation can be obtained for realistic values of the magnetic field. Direct numerical simulations of fully compressible turbulent convection in a very large aspect ratio domain have then been carried out to investigate turbulent dynamics on large scales. .
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Bian, Nicolas. "Turbulence convective et transport intermittent dans un plasma magnétisé." Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11012.
Full textAbstract:
Ce travail aborde les aspects intermittents du transport dans un plasma magnétisé. Pour rendre compte d'évènements de transport intermittents, nous prendrons pour point d'attache l'instabilité d'interchange dans le tokamak. Cette dernière est identique à l'instabilité de Rayleigh-Bénard dans les fluides neutres. En dégelant la structure dans la direction de la stratification, des modes sélectionnés par Lorenz (1963), dans son célèbre modèle à trois champs de la convection, on construit un modèle à une dimension de la convection turbulente. Grâce à ce modèle nous étudions le rôle d'un écoulement moyen, transverse à la direction de la stratification, dans le contrôle de l'intermittence et dans le déclenchement d'évènements de transport balistique
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Cissé, Issa. "Convection thermovibrationelle et thermosolutale 2D dans des cavités rectangulaires." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30111.
Full text
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Rakotondrandisa, Aina. "Modélisation et simulation numérique de matériaux à changement de phase." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR051/document.
Full textAbstract:
Nous développons dans ce travail de thèse un outil de simulation numérique pour les matériaux à changement de phase (MCP), en tenant compte du phénomène de convection naturelle dans la phase liquide, pour des configurations en deux et trois dimensions. Les équations de Navier-Stokes incompressible avec le modèle de Boussinesq pour la prise en compte des forces de flottabilité liées aux effets thermiques, couplées avec une formulation de l’équation d’énergie suivant la méthode d’enthalpie, sont résolues par une méthode d’éléments finis adaptatifs. Une approche mono-domaine, consistant à résoudre les mêmes systèmes d’équations dans les phases solide et liquide, est utilisée. La vitesse est ramenée à zéro dans la phase solide, en introduisant un terme de pénalisation dans l’équation de quantité de mouvement, suivant le modèle de Carman-Kozeny, consistant à freiner la vitesse à travers un milieu poreux. Une discrétisation spatiale des équations utilisant des éléments finis de Taylor-Hood, éléments finis P2 pour la vitesse et éléments finis P1 pour la pression, est appliquée, avec un schéma d’intégration en temps implicite d’ordre deux (GEAR). Le système d’équations non-linéaires est résolu par un algorithme de Newton. Les méthodes numériques sont implémentées avec le logiciel libre FreeFem++ (www.freefem.org), disponible pour tout système d’exploitation. Les programmes sont distribués sous forme de logiciel libre, sous la forme d’une forme de toolbox simple d’utilisation, permettant à l’utilisateur de rajouter d’autres configurations numériques pour des problèmes avecchangement de phase. Nous présentons dans ce manuscrit des cas de validation du code de calcul, en simulant des cas tests bien connus, présentés par ordre de difficulté croissant : convection naturelle de l’air, fusion d’un MCP, le cycle complet fusion-solidification, chauffage par le bas d’un MCP, et enfin, la solidification de l’eauIn this thesis we develop a numerical simulation tool for computing two and three-dimensional liquid-solid phase-change systems involving natural convection. It consists of solving the incompressible Navier-Stokes equations with Boussinesq approximation for thermal effects combined with an enthalpy-porosity method for the phase-change modeling, using a finite elements method with mesh adaptivity. A single-domain approach is applied by solving the same set of equations over the whole domain. A Carman-Kozeny-type penalty term is added to the momentum equation to bring to zero the velocity in the solid phase through an artificial mushy region. Model equations are discretized using Galerkin triangular finite elements. Piecewise quadratic (P2) finite-elements are used for the velocity and piecewise linear (P1) for the pressure. The coupled system of equations is integrated in time using a second-order Gear scheme. Non-linearities are treated implicitly and the resulting discrete equations are solved using a Newton algorithm. The numerical method is implemented with the finite elements software FreeFem++ (www.freefem.org), available for all existing operating systems. The programs are written and distributed as an easy-to-use open-source toolbox, allowing the user to code new numerical algorithms for similar problems with phase-change. We present several validations, by simulating classical benchmark cases of increasing difficulty: natural convection of air, melting of a phase-change material, a melting-solidification cycle, a basal melting of a phase-change material, and finally, a water freezing case
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Vorobiev, Anatoliy. "Thermal vibrational convection in near-critical fluids." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30205.
Full text
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Khodr-Mneimne, Hala. "Transferts thermo-aérauliques entre pièces à travers les grandes ouvertures." Nice, 1990. http://www.theses.fr/1990NICE4434.
Full textAbstract:
Les modèles thermiques multizones de bâtiments, pour l'utilisation en simulation sur de longues périodes, nécessitent un modèle adapté de calcul des conductances thermiques dues aux mouvements d'air. Ce modèle adapté est l'objet de cette thèse ; le problème principal concerne la modélisation des transferts thermiques à travers une grande ouverture. Ce problème est traité par le développement et la validation d'un modèle simplifié de type Nu=f(Gr,Pr), ce modèle prend implicitement en compte les stratifications en température dans les pièces. Un modèle de couplage permet de calculer les conductances globales dues à la fois à la convection naturelle entre pièces et aux mouvements convectifs résultant des infiltrations et du système de renouvellement d'air. Les modèles multizones de bâtiment utilisant le nouveau modèle simplifié permettent des simulations 30 fois plus rapides en temps calcul que les modèles multizones de bâtiment basés sur un calcul simultané des champs de pressions et de températures
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Henni, Hossein. "Étude numérique de la condensation en convection forcée d'un mélange de vapeur de méthanol et de gaz non condensables sur la paroi interne d'un tube vertical." Perpignan, 2007. http://www.theses.fr/2007PERP0772.
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Ce travail concerne une modélisation numérique de la condensation de type film d'un mélange de vapeur de méthanol et de gaz non condensables à l'intérieur d'un tube vertical. La paroi de ce tube est considérée dans la première partie de l'étude comme étant isotherme puis refroidie par un écoulement d'air sur sa surface externe. Les transferts dans le liquide et la vapeur sont régis respectivement par les équations classiques du ruissellement et celles de la convection forcée. Les termes de gradient de pression et de diffusion sont inclus dans l'équation du mouvement. Les équations de transfert sont adimensionnalisées puis résolues numériquement par la méthode des volumes finis et les algorithmes de Thomas et de Gauss. Dans la phase vapeur, le couplage entre le champs de la pression et celui de la vitesse est assuré par l'algorithme SIMPLE. . Les résultats sont présentés sous forme de profils de vitesse, de température, de fraction massique de la vapeur de méthanol et de pression. Des corrélations des nombres de Nusselt et de Sherwood moyens fonction des nombres de Reynolds et de Jacob sont présentées. Les résultats montrent que le taux de condensation est d'autant plus élevé que le nombre de Reynolds vapeur à l'entrée est important et que la fraction massique des gaz non condensables est faible. Le refroidissement de la paroi du tube améliore les transferts et par conséquent la condensation. Le nombre de Reynolds vapeur influe d'avantage sur les transferts que la différence entre la température du mélange et celle de la paroi. La prise en compte du gradient radial de la pression dans l'équation du mouvement conduit à des transferts plus intensesThis study is devoted to a numerical modelisation of the film condensation of a methanol - noncondensables gases mixture inside a vertical tube. The wall of this one is considered firstly isotherm and secondly cooled by an external air flow. The transfers in the liquid and vapour phases are governed respectively by the classical stream equations and the forced convection ones. The pressure radial gradient and the diffusion terms are included in the momentum equation. The dimensionless transfers equations are solved by the finites volumes method and the Thomas and Gauss algorithms. In the vapour phase, the linkage between the pressure and the velocity fields is assumed by the SIMPLE algorithm. The results are presented as the velocity, the temperature, the vapour mass fraction and the pressure profiles. Correlations of the average Nusselt and Sherwood numbers function of the inlet vapour Reynolds number and Jacob number are presented. The results show that the condensation rate increases as the vapour Reynolds number increases and as the nonconcondensable mass fraction decreases. The cooling of the wall improve the transfers and consequently the condensation. The vapour Reynolds number has more effect on the transfers than the difference between the temperature of the mixture and the wall one. The including of the pressure radial gradient in the momentum equation conduce to an intensification of the transfers
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El, Hamidi Abdallah. "Analyse asymptotique et simulation numérique de problèmes de combustion." Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10022.
Full textAbstract:
Plusieurs travaux sur les modeles de diffusion thermique en combustion des gaz premelanges montrent que la propagation du front de combustion peut s'effectuer sous differentes formes. Les proprietes de stabilite du front et sa structure dependent essentiellement des parametres physiques du modele considere. On considere un systeme d'equations aux derivees partielles non lineaires modelisant la combustion des gaz premelanges. Ce modele evolutif, en trois dimensions d'espace, comporte un bruleur circulaire qui joue le role d'accroche flamme. On fait une analyse de stabilite faiblement non lineaire de ce systeme, en utilisant des methodes asymptotiques, lorsqu'il y a resonance entre deux modes. Le but de notre analyse est de determiner les systemes dynamiques gouvernant la solution du probleme a l'aide d'une methode d'echelles multiples en temps. La difficulte de ce probleme n'est pas la determination de la structure algebrique du systeme dynamique qui peut etre obtenue a partir d'argument de symetrie, mais plutot le calcul effectif de ses coefficients en fonction des parametres physiques. La quantite enorme des calculs dans ce probleme tridimensionnel, pour obtenir l'analyse des bifurcations, rend impossible l'analyse asymptotique a la main. C'est pourquoi nous utilisons un langage de manipulation symbolique. Nous avons donc explicite de facon rigoureuse la nature algorithmique de l'analyse asymptotique. Dans le chapitre 5, nous nous sommes interesses a la simulation numerique directe d'un probleme evolutif bidimensionnel de croissance de polymeres dans un reacteur chimique. Seul le cas periodique dans la direction horizontale a ete etudie. Nous avons etudie une methode numerique de type spectral avec decomposition de domaines qui permet de prendre en compte l'effet des parois (cas non periodique). Les algorithmes utilises sont fortement paralleles et implementes sur une paragon-xp (intel) qui est une machine de type mimd
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Allanic, Nadine. "Optimisation sous contraintes d'une opération de séchage combinant la convection et les technologies rayonnantes infrarouges : application à un polymère en solution aqueuse." Lorient, 2006. http://www.theses.fr/2006LORIS079.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur le séchage d'un polymère (alcool polyvinylique, PVA) en solution aqueuse associé à un plastifiant et divers additifs. Un chauffage combinant des apports d'énergie par convection et par rayonnement électromagnétique de type infrarouge court est exploité. L'utilisation des infrarouges qui permettent un transfert d'énergie direct et élevé au produit s'avère intéressante à condition de bien quantifier l'impact de l'éclairement infrarouge sur le comportement thermo-hydrique du produit. Dans cette optique, une étude expérimentale et une étude numérique ont été menées. Après avoir caractérisé par différentes mesures les principales propriétés du polymère, des expérimentations ont été réalisées sur un séchoir pilote. L'analyse des cinétiques de séchage a montré la nécessité de développer un modèle de connaissance du comportement thermo-hydrique du produit afin de passer ensuite à une phase d'optimisation du procédé. En parallèle à cette étude expérimentale, un modèle unidimensionnel représentatif des mécanismes gouvernant les transferts de masse et de chaleur au sein du produit a donc été développé. Il permet d'accéder au champ de teneur en eau et à la température au sein du produit, tout en prenant en compte le retrait de la matière. Différentes approches mathématiques ont été envisagées notamment pour s'affranchir des difficultés de résolution liées au retrait de la matière au cours du séchage. La connaissance du coefficient de diffusion en fonction de la température et de la teneur en eau est nécessaire pour une représentation satisfaisante des phénomènes par le modèle. L'estimation de ce paramètre a été réalisée par méthode inverse à partir de cinétiques de séchage en convection forcée. Différentes expérimentations ont servi pour valider ce modèle. A partir du modèle ainsi développé, une approche de type commande optimale a été retenue pour optimiser le procédé de séchage. L'éclairement infrarouge à appliquer au produit est déterminé hors ligne par la minimisation d'une fonctionnelle qui prend en compte des critères au niveau du procédé, notamment la réduction du temps de séchage et le coût énergétique, ainsi que des contraintes sur le produit (température et teneur en eau)This thesis deals with the drying of a polymer (polyvinyl alcohol, PVA) in aqueous solution mixed with a plasticizer and various additives. A heating combining convective and short infrared electromagnetic radiation energy inputs is used. The use of infrareds, which allow a high and direct energy transfer to the product, is interesting provided that one has correctly identified the impact of infrared irradiation on the thermal and hydric behavior of the product. Consequently, an experimental and numerical study was undertaken. After characterizing by several measurements the main properties of the polymer, experiments were carried out on a drying setup. The analysis of the drying kinetics showed the necessity to develop a knowledge model of the thermal and hydric behavior of the product, in order to proceed with an optimization phase of the process. In parallel to this experimental study, a one-dimensional model describing heat and mass transfers inside the product was developed. It enables to access the moisture content field and the temperature inside the product and takes into account the product shrinkage. Two mathematical approaches were studied, in particular to solve the difficulties of resolution related to the shrinkage during the drying. The knowledge of the diffusion coefficient, function of the temperature and the moisture content, is necessary for a satisfactory representation of the phenomena in the model. The estimation of this parameter was made with an inverse method, using drying kinetics in forced convection. Various experiments were used to validate that model. On the basis of the developed model, an optimal control approach was selected to optimize the drying process. The infrared irradiation to apply to the product is determined off-line, by minimizing an objective function subject to process constraints, notably the drying time reduction and the energy cost, and constraints on the product (temperature and moisture content)
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Chemin, Sébastien. "Etude des interactions thermiques fluide-structure par un couplage de codes de calcul." Reims, 2006. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000555.pdf.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous présentons le couplage thermique entre un code Navier-Stokes de type volumes finis avec un code de conduction de type éléments finis. Ce couplage a été réalisé au moyen de la bibliothèque informatique MpCCI. Le couplage entre les deux codes est effectué à l'interface par l'intermédiaire de conditions de raccord ou conditions aux limites thermiques. Ces conditions font intervenir des coefficients de couplage à l'interface et associés au milieu fluide et au milieu solide. Dans le cadre du couplage thermique en régime permanent, l'étude de la stabilité des conditions de raccord permet de définir les coefficients de couplage optimaux en terme de stabilité et de convergence. La méthode de couplage a été validée sur un cas élémentaire et sur des configurations industrielles. La deuxième partie est consacrée à l'étude du couplage en régime transitoire. Un algorithme de couplage original a été mis en oeuvre et répond à un certain nombre de besoins industriels. Cet algorithme consiste à filtrer les hautes fréquences, ce qui revient à considérer le fluide comme stationnaire à chaque instant de couplage. L'algorithme instationnaire a été validé expérimentalement sur le cas d'un écoulement sur une plaque planeIn this thesis, a conjugate heat transfer procedure between a finite-volume Navier-Stokes solver and a finite-element conduction solver is presented. The coupling has been performed through the MpCCI library and thermal boundary conditions, on the coupling surfaces. These conditions define two coupling coefficients connecting both the fluid and the solid domain. The first part describes the fluid-solid thermal steady state coupling. The stability analysis of the boundary conditions highlights the most efficient coefficients in terms of stability and convergence. As a consequence, a steady state algorithm has been implemented. It corresponds to an iterative procedure between the Navier-Stokes solver and the heat conduction solver. Thanks to the MpCCI library, the thermal quantities (heat flux, temperature) are exchanged between each solver until the thermal steady state is reached in both the fluid and the solid domains. This coupling method has been validated on a simple case, namely a flat plate, and two industrial cases, a flow around a turbine blade and an effusion cooling system. The second part of this thesis is dedicated to the fluid-solid thermal transient coupling. An original coupling algorithm applied to industrial problems is described. This algorithm corresponds to an iterative procedure between a steady state fluid description and a transient solid description. The experimental setup consists of an interaction between a steady flowfield and a transient heat conduction in a flat plate
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Audet, Denis. "Stockage thermique par containérisation alvéolaire de M. C. S. Et M. C. P. : mise en oeuvre d’un évaporateur / stockeur." Compiègne, 1985. http://www.theses.fr/1985COMPI212.
Full text
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Piquer, Estelle. "Convection mixte en fluide binaire avec prise en compte de l'effet Soret." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30123.
Full textAbstract:
Le travail présenté porte sur l'étude de la convection mixte en fluide binaire avec effet Soret (gradient de concentration induit par un gradient de température). La géométrie considérée est une conduite parallélépipédique, horizontale, chauffée par le bas. L'écoulement moyen est généré par un gradient de pression horizontal. Nous nous intéresserons à la naissance de structures thermoconvectives sous la forme de rouleaux transversaux 2D, perpendiculaires à l'axe de la conduite. Après avoir introduit les différentes notions de base et effectué une revue bibliographique, nous présentons le formalisme mathématique adopté. L'étude de la convection mixte en fluide binaire avec effet Soret est ensuite décomposée en trois parties : théorique, numérique et expérimentale. La partie théorique consiste en l'étude de la stabilité linéaire de l'écoulement de Poiseuille, linéairement stratifié en température et en concentration. Pour un mélange caractérisé par un nombre de Lewis élevé, un facteur de séparation négatif et pour de faibles valeurs du nombre de Reynols, nous retrouvons conformément à la littérature, à la naissance de la convection, la présence de deux branches de solutions correspondant à des rouleaux transversaux 2D se propageant dans le sens de l'écoulement moyen ou en sens inverse. D'un point de vue numérique, nous avons utilisé un code spectral pour détecter la naissance des rouleaux transversaux 2D. Nous avons également effectué des simulations numériques 2D et 3D avec le logiciel FEMLAB. Ces simulations nous ont permis de mettre en évidence les deux branches de solutions distinctes à la naissance de la convection mixte avec effet Soret, déterminées par l'analyse de stabilité linéaire. Enfin, nous avons mis au point un dispositif expérimental de PIV permettant la visualisation et la détermination du champ de vitesses des différentes structures thermoconvectives observables à la naissance de la convection dans des mélanges à facteur de séparation négatif.
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Rammal, Dina. "Thermo-mechanical behaviour of geothermal structures : numerical modelling and recommendations." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10172/document.
Full textAbstract:
Les structures géothermiques agissent comme éléments échangeurs de chaleur en plus de leur rôle majeur en tant que structures porteuses. De ce fait, ils sont soumis à des sollicitations thermiques en plus des charges mécaniques. Cependant, leurs méthodes de dimensionnement ne sont pas encore clairement définies. Ce travail est divisé en deux parties principales qui couvrent le dimensionnement thermique et mécanique des pieux géothermiques et des parois moulées. En ce qui concerne les performances thermiques des structures géothermiques, deux stratégies sont introduites qui sont capables d'évaluer les énergies conductives et advectives échangées admissibles. Ils permettent de distinguer les différentes formes d'énergies échangées et montrent comment elles peuvent varier en cas de chargement thermique cyclique. Des modèles numériques couplés thermo-hydraulique bidimensionnels et tridimensionnels ont été réalisés et la performance thermique des structures géothermiques a été évaluée en fonction des deux approches présentées. En ce qui concerne le dimensionnement mécanique, ce travail couvre les problèmes liés au choix de la sollicitation thermique que le concepteur doit considérer pour la conception mécanique des structures géothermiques telles que le nombre de cycles, l'amplitude thermique cyclique et l'influence de l'ordre de chargement thermique. Ce travail traite ces problèmes dans le but de faciliter la conception des structures géothermiques. Des recommandations sont données pour la conception mécanique des pieux géothermiques et des parois moulées basées sur les résultats obtenus à partir des analyses numériques thermo-mécaniqueGeothermal structures act as heat exchanger elements in addition to their major role as bearing structures. Thus, they are subjected to thermal solicitations as well as to mechanical loading. However, their design methods are not clearly defined yet. This work is divided into two main parts that cover the thermal and mechanical design of thermo-active piles and diaphragm walls. Regarding the thermal performance of geothermal structures, two strategies are introduced that are capable to evaluate the allowable exchanged conductive and advective energies. They help to distinguish between different forms of exchanged energies and show how they may vary under cyclic thermal loading. Two and three dimensional hydro-thermal numerical models have been conducted and the thermal performance of geothermal structures has been evaluated based on the two presented approaches. Regarding the mechanical design, this work covers the issues related to the choice of the thermal solicitation that the designer has to consider for the mechanical design of geothermal structures such as the number of cycles, cyclic thermal amplitude, and influence of the thermal loading order. This work deals with these issues with the aim to facilitate the design of geothermal structures. Recommendations are given for the mechanical design of both thermo-active piles and diaphragm walls based on the results obtained from the thermo-mechanical numerical analyses
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Ansari, Omar. "Étude numérique de l'évaporation d'un film liquide ruisselant sur la paroi externe d'une ellipse horizontale : phénomène de transition laminaire-turbulent." Perpignan, 2005. http://www.theses.fr/2005PERP0649.
Full textAbstract:
Une etude numerique de la transition entre les regimes laminaire et turbulent lors de l'evaporation,en convection forcee d'un film d'eau, ruisselant autour de la paroi externe d'une ellipse horizontale est presentee. Cette transition est analysee a l'aide d'un modele de turbulence mettant en jeu les differents gradients de pression. Le film liquide s'ecoule sous l'effet de la gravite, des gradients des pression dus a l'ecoulement potentiel, a la courbure et/ ou a la tension superficielle et des forces de frottement visqueux. Ce travail est base sur les approximation de la couche limite, les fluides sont consideres incompressibles, les termes d'inertie et de convection d'enthalpie sont retenus, et la contrainte de cisaillement a l'interface liquide-vapeur est supposee negligeable. Les equations de transfert dans la phase liquide sont discretisees a l'aide du schema implicite aux differences finies developpe par keller. Les resultats presentes montre en particulier l'existence des transitions longitudinale et transversale, entre les regimes laminaire et turbulent. L'influence des differents modeles de turbulence ainsi que les principaux parametres tels que: le debit massique par unite de longueur, le nombre de froude,. . . , est illustree. Un nombre de reynolds critique est defini pour caracteristique cette transitionA numerical study of the onset of transverse and longitudinal transitions between turbulent and laminar regimes during the evaporation of a water film is presented. The water film streams, without the interfacial shear stress, along a horizontal elliptical tube under the simultaneoues effects of gravity? pressure gradients and viscous forces. Outsite the boundary layer, the vapor phase velocity is obtained from potential flow. In the analysis, a turbulence model taken into account various pressure gradients is propopsed, and the inertia and convection terms are retained. Transfer equations are discretized by using the implicit keller method. The effects of different turbulence models and the main parameters such as the initial liquid flow rate per unit of length, the froud number, the temperature difference between the wall and the liquid-vapor interface and the ellipticity, on the transition position have been evaluated. The transition criterion has been given in term of the critical film reynolds numbre
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Reali, Riccardo. "Modeling creep of lower mantle minerals : bridgmanite and (Mg,Fe)O." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R026/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la déformation de deux phases minérales majeures du manteau inférieur de la Terre : la bridgmanite et (Mg,Fe)O. Ils représentent près de 95% du manteau inférieur, et leur rhéologie est de première importance en vue de mieux comprendre la convection mantellique. La rhéologie de ces phases a été modélisée grâce à l’utilisation de techniques de calcul numériques et analytiques afin de déterminer leur réponse en fluage (c’est-à-dire l’écoulement stationnaire sous une charge constante).Les agents pertinents de la déformation en fluage sont identifiés et leur comportement est modélisé à l’échelle du cristal. Les dislocations étant les porteurs principaux de la déformation plastique, le fluage a donc été modélisé comme résultant du glissement et/ou de la montée (contrôlée par la diffusion) des dislocations. Le fluage de (Mg,Fe)O résulte d’une combinaison de glissement et de montée des dislocations. Afin de modéliser ce comportement à l’échelle mésoscopique, une technique de dynamique des dislocations 2,5D a été employée. Dans (Mg,Fe)O, le glissement des dislocations est responsable de la déformation plastique, mais la vitesse de fluage est contrôlée par la montée. Nos calculs de vitesses de fluage permettent d’estimer la viscosité de (Mg,Fe)O dans les conditions des couches profondes du manteau inférieur. Pour la bridgmanite, nous proposons un fluage impliquant la montée pure des dislocations dont la vitesse de fluage est calculée sur la base d’un modèle analytique de la littérature. Nous en déduisons la vitesse de fluage de la bridgmanite le long d’un géotherme, valeurs que l’on peut comparer aux observables disponibles actuellementThis thesis work addresses the deformation behavior of two major mineral phases of the Earth’s lower mantle: bridgmanite and (Mg, Fe)O. They constitute ~90-95% of the lower mantle and their rheology is of primary importance for a better understanding of mantle convection. The rheological properties of these phases were modeled through the implementation of numerical and analytical techniques, in order to assess their creep behavior (i.e. steady-state deformation under a constant applied stress).The relevant deformation agents driving creep are identified and then modeled at the single crystal scale. In this framework, dislocations are amongst the main carriers of crystal plasticity and the creep behavior of the considered minerals can therefore be assessed by considering dislocation glide and diffusion-driven dislocation climb. (Mg,Fe)O creep is driven by the interplay between glide and climb and in order to model it, a 2.5-dimensional (2.5D) dislocation dynamics (DD) approach has been deployed. 2.5D-DD is a numerical technique which addresses the collective behavior of dislocations at the mesoscale. It is demonstrated that dislocation glide is responsible for the plastic deformation and climb is the rate-limiting mechanism. From the modeled creep strain rates it was possible to estimate viscosity of (Mg,Fe)O at lowermost mantle conditions. As for bridgmanite a pure climb mechanism is proposed, and the creep strain rates were evaluated according to a physics-based analytical creep model. The viscosity of bridgmanite along a geotherm is retrieved and compared with the available observables
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Guillou, Florian. "Modélisation et simulations numériques stationnaires de l'aérothermique des circuits internes d'aubes de turbines refroidies." Rouen, 2013. http://www.theses.fr/2013ROUES055.
Full textAbstract:
Les gains en performances des moteurs aéronautiques obtenus par l'élévation de la température d'entrée turbine requièrent une hausse de l'efficacité du refroidissement des aubes, assuré par l'écoulement d'air frais sous haute pression dans des circuits internes. La conception des aubes nécessite alors de disposer d'outils de prévision des échanges convectifs internes, fiables et aux temps de rendu courts. Cette thèse a été consacrée au développement de méthodologies de calcul RANS adaptées à cette problématique à partir de la plateforme de calcul CEDRE de l'Onera qui traite des maillages non structurés. La modélisation des tensions de Reynolds et des flux turbulents d'enthalpie dans les zones dites haut et bas-Reynolds a été étudiée. On s'est notamment intéressé aux approches récentes offrant les meilleures perspectives de rapport qualité/coûts. Ainsi, des modèles à équations de transport reposant sur une viscosité turbulente, des modèles explicites algébriques d'ordre 2 et des lois de paroi numériques ont été évalués sur leurs capacités à rendre compte des effets de la rotation ou de la courbure des écoulements sur l'anisotropie de la turbulence et des conséquences de ces effets sur les échanges convectifs. La validation de ces modèles s'est basée sur les données des bancs d'essai MERCI et BATHIRE de l'Onera et celles issues du projet européen ERICKA. Des résultats prometteurs ont été obtenus avec un modèle aux tensions de Reynolds explicite algébrique et un modèle de flux turbulents d'enthalpie basé sur une hypothèse de Gradient-Diffusion généralisé. Enfin, la méthodologie développée a été appliquée avec succès sur un cas d'aube réelle du motoriste SnecmaThe increase in gas turbine performance based on a turbine entry temperature rise requires the improvement of the blade cooling efficiency. Blades are cooled by internal convection thanks to the injection of high-pressure unburnt air into cooling channels. Therefore fast and reliable numerical tools are able to predict internal convective heat transfers are needed for the design of turbine blades. The goal of the present work was to develop methodologies for RANS simulations able to achieve such predictions. The software platform of Onera called CEDRE, which is designed for unstructured meshes, has been used. Focus was on the modeling of the Reynolds stress tensor and the enthalpy turbulent fluxes for both high-Reynolds and near-wall areas. Meshing strategy was also considered. Greater emphasis was placed on the approaches that could yield the best quality/cost ratio. For that reason one-equation turbulence models based on eddy viscosity, explicit algebraic Reynolds stress models and advanced wall laws have been evaluated on their ability to reproduce the effects of rotation and flow curvature on turbulence anisotropy, and on the consequences of these effects on convective heat transfers. Validations were carried out by comparison with the experimental data obtained both on the MERCI and BATHIRE test rigs of Onera and in the framework of the european project ERICKA. Promising results were obtained with an explicit algebraic Reynolds stress model for turbulent momentum fluxes and a model based on a generalized gradient-diffusion hypothesis for turbulent enthalpy fluxes. The obtained methodology was successfully applied to a real blade configuration from Snecma
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Laage, de Meux Benoît de. "Modélisation des écoulements turbulents en rotation et en présence de transferts thermiques par approche hybride RANS/LES zonale." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2012. https://theses.hal.science/docs/00/74/35/42/PDF/these_de_Laage.pdf.
Full textAbstract:
La simulation numérique d'écoulements turbulents dans les systèmes de refroi- dissement de joints de pompes hydrauliques demande à considérer des domaines de calcul très étendus et des temps d'intégration très longs. La modélisation hybride RANS/LES zo- nale pourrait permettre de reproduire, dans un temps de calcul acceptable industriellement, l'ensemble des phénomènes thermiques et dynamiques en présence. L'approche consiste à faire interagir une simulation des grandes échelles (LES), représentant finement les phé- nomènes instationnaires de la turbulence dans certaines régions critiques de l'écoulement, avec l'approche statistique (RANS), moins coûteuse numériquement et dont la mise en oeuvre dans le reste du domaine permet de rendre compte des variations globales imposées à l'écoulement (injection d'eau froide dans de l'eau chaude, rotation de l'arbre et de la roue, etc. . . ). Dans cette optique, une étude détaillée des modélisations adaptées aux écoulements en rotation est réalisée, suivant les deux approches RANS et LES. De nombreux modèles de turbulence sont comparés sur un cas test de canal en rotation. Le couplage zonal aux faces de bord par la méthode des structures turbulentes synthétiques (SEM) est étudié et une méthode innovante de couplage volumique par force de rappel (Forçage Linéaire Ani- sotrope) sur une zone de recouvrement RANS/LES est proposée. Ces deux méthodes sont étendues pour la première fois à la thermique. Les simulations hybrides RANS/LES zonales présentées, sur des cas test de canal fixe, en rotation ou en convection forcée, montrent la faisabilité de telles modélisations pour des applications industriellesThe numerical simulation of turbulent flows in cooling system of hydrau- lic pumps sealing requires considering large computational domains and long integration times. The zonal hybrid RANS/LES modelling of turbulence could deal with such appli- cations, in order to reproduce the whole thermal and dynamical phenomena of the flow, with a computational cost compatible with industrial studies. This approach aims at pro- perly interfacing a Large Eddy Simulation (LES), which provides an accurate unsteady description of turbulence in some critical regions of the flow, with the statistical RANS approach, less demanding in computational resources, applied in the whole remaining fluid domain in order to take into account the imposed global variations of the flow (cool water injection in hot water, shaft and rotor rotation,. . . ). To this end, a detailed study of tur- bulence models appropriate for rotating flows is presented, following both the RANS and the LES approaches. Numerous turbulence models are compared in the rotating channel flow test case. The zonal coupling at boundary faces using the Synthetic Eddy Method (SEM) is studied and an innovative volumic coupling using a source term on overlapping RANS/LES area, the Anisotropic Linear Forcing, is proposed. For the first time, these two coupling methods are extended to heat transfer. The present zonal hybrid RANS/LES computations of static or rotating channel flows in isothermal or forced convection regimes, show the applicability of such modelling for industrial studies
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Bataillé, Arnaud. "Modélisation de la circulation thermoconvective en milieu fracturé : application à la géothermie des roches chaudes et fracturées à Soult-sous-Forêts (France)." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30249.
Full textAbstract:
Une modélisation numérique des transferts de chaleur et de masse conduit à simuler l’évolution du champ thermique dans un réservoir géothermique profond en exploitation. L’interaction entre la convection libre et l’écoulement forcé dans le réservoir est considérée. En considérant une large gamme de débits d’injection et de nombres de Rayleigh, nous montrons qu’il existe un débit d’injection critique au-delà duquel l’exploitation géothermique n’est plus rentable car sujette à une chute prématurée de la température de récupération du fluide. Cette étude permet ainsi de contraindre les conditions permettant une extraction optimale de la chaleur durant l’exploitation future de l’usine géothermique de Soultz-sous-Forêts. Nos travaux sont complétés par l’étude des interactions chimiques entre le fluide et la roche durant le transfert du fluide injecté dans le réservoir. Les bilans réactionnels mettent en évidence un risque probable de colmatage du réseau fissuré durant l’exploitation.
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Shuai, Xiaoshan. "Transfert thermique convectif en régime laminaire pour des fluides visqueux à forte dépendance thermorhéologique : cas des écoulements stationnaires et pulsés." Compiègne, 1987. http://www.theses.fr/1987COMPD073.
Full textAbstract:
Le mémoire est composé de deux parties : la première partie comprend une étude expérimentale du transfert thermique en écoulement laminaire de conduite dans des fluides visqueux newtoniens à forte dépendance de leur viscosité avec la température et une modélisation du processus concerné. Les données expérimentales obtenues (coefficients de transfert thermique convectif et pertes de charge associées) ont été corrélées et comparées aux corrélations disponibles dans la littérature aussi bien en chauffage qu'en refroidissement. La modélisation mathématique a permis la simulation du processus de transfert thermique en régime laminaire non-isovisqueux, et a conduit à une confrontation théorie/expérience satisfaisante en ce qui concerne la détermination des coefficients de transfert thermique et des pertes de charge. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous présentons des résultats concernant le transfert thermique en écoulement pulsé. Nous démontrons ainsi la possibilité d'augmenter les échanges thermiques par rapport au cas laminaire stationnaire, à puissance mécanique dissipée identique. Aussi, des pulsations imposées à l'écoulement principal peuvent-elles être considérées comme un moyen simple et efficace pour améliorer les échanges thermiques dans des fluides visqueux habituellement pompés en régime laminaire
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Pham, Anh Thu. "Caractérisation aéraulique et thermique au sein d'un empilement de produits dégageant de la chaleur : application au cas des palettes de fromage." Thesis, Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France, 2019. http://www.theses.fr/2019IAVF0010/document.
Full textAbstract:
Le fromage, comme tout produit frais, doit être conservé à basse température tout au long de la chaîne du froid. Une particularité des fromages à pâte molle (camembert, par exemple) est qu’ils dégagent un flux de chaleur important à cause de la respiration des microorganismes qui y sont présent. D’un point de vue thermique, suffisamment d’air froid doit entrer dans une palette de fromage pour évacuer la chaleur dégagée afin de maintenir une température stable dans le système. D’un point de vu aéraulique, l’échauffement du produit induit de la convection naturelle à l’intérieur de la palette. Plusieurs modes de convection sont donc présents : la convection forcée imposée par les ventilateurs de la chambre froide autour de la palette et la convection mixte, combinaison de convections forcée et naturelle, à l’intérieur de la palette. Ceci augmente par conséquent la complexité de l’écoulement d’air. Le régime de convection mixte apparait surtout à faible vitesse de ventilation ce qui est souvent le cas lors du stockage en chambre froide. De plus, le système est influencé par un grand nombre de paramètres : l’orientation de la palette, l’ajourage des cartons, la vitesse de soufflage, la puissance de chauffage…L’objectif de la thèse est d'apporter de nouvelles connaissances sur les écoulements d'air et les transferts thermiques au sein d'empilements de produits dégageant de la chaleur et faiblement ventilés. Ces connaissances visent également à répondre à des problématiques industrielles. Les acquis du projet doivent contribuer à améliorer la conception aéraulique des emballages et des modes de palettisation du fromage, qui à ce jour est réalisée de manière empirique. Il convient également de noter que la problématique scientifique abordée dans ce projet (interactions aérodynamiques et thermiques entre convection forcée et naturelle autour et au sein d'empilements d’objets) présente des applications dans d’autres domaines tels que le refroidissement des circuits électroniques.La thèse se compose de deux parties principales : Une étude expérimentale et une étape de modélisation. Dans l’approche expérimentale, une maquette de palette à l’échelle 1 a été conçue dans laquelle les produits ont été remplacés par des blocs de plâtre munis de résistances chauffantes afin de simuler le flux de chaleur dégagé par le produit. Les expérimentations ont été réalisées dans une cellule à température et vitesse d’air maitrisées pour deux vitesses amont : 0.31 et 0.73 m.s-1, trois puissances de chauffage : 0.05 W, 0.15 W et 0.30 W par produit (0.25kg) et deux orientations de la palette. L’utilisation d’un vélocimètre laser par effet Doppler (LDV) et d’un anémomètre à fil chaud ont permis de caractériser les écoulements (profils de vitesses, débit d’air dans les orifices) selon la vitesse amont et la puissance de chauffage. L’implantation de 200 thermocouples répartis dans l’ensemble du montage expérimental a par ailleurs permis d’obtenir les profils de température de l’air et des produits au sein de la palette selon ces mêmes paramètres.La partie modélisation a été réalisée selon deux approches: une simulation détaillée par mécanique des fluides numériques (CFD) avec un maillage de plusieurs millions de cellules et un modèle zonal (une vingtaine de zones) assimilant le système à un réseau hydraulique. Les deux modèles ont été validés grâce aux données expérimentales. L’approche CFD a permis d’obtenir des informations non accessibles à partir des mesures expérimentales ce qui a facilité la compréhension des phénomènes. L’approche zonale, de par sa simplicité d’utilisation et son faible temps de calcul est quant à elle plus adaptée pour une utilisation industrielleCheese, like any fresh product, must be kept at a low temperature throughout the cold chain. A particularity of soft cheeses (Camembert, for example) is that they generate a significant amount of heat due to the respiration of the microorganisms. From a thermal point of view, cold air must flow within a cheese pallet to remove the heat released in order to achieve better production temperature control. From an airflow point of view, heat generated by the product induces natural convection inside the pallet. Several convection modes are therefore present: the forced convection imposed by the fans of the cold room around the pallet and the mixed convection, combination of forced and natural convection, inside the pallet. This therefore increases the complexity of the airflow. The mixed convection regime appears mainly at low fan speed which is often the case during storage. In addition, the system is influenced by many parameters: the orientation of the pallet, the opening area of the cartons, the blowing speed, the heat flux...The aim of the PhD is to provide inner knowledge on air flows and heat transfer within pallets of heat-generating products with low ventilation. This knowledge also aims to answer industrial problems. The PhD’s results should contribute to improve the design of vented cheese packaging and palletizing methods, which is currently done empirically. It should also be noted that the scientific topic addressed in this project related to aerodynamic and thermal interactions between forced and natural convection around and within the pallet has applications in other areas such as the cooling of electronic circuits.The PhD consists of two main parts: an experimental and a numerical study. In the experimental approach, a full scale pallet was built in which the products were replaced by plaster blocks inserted with heating resistance to simulate the heat flow generated by cheese. The experiments were carried out in a controlled temperature and air velocity room for two air inflow velocities: 0.31 and 0.73 m.s-1, three heat fluxes: 0.05 W, 0.15 W and 0.30 W per product (0.25 kg) and two orientations of the palette. The use of a laser Doppler velocimetry (LDV) and a hot-wire anemometer allowed characterizing airflows (velocity profiles, air flow rate in the vent holes) according to the air inflow velocity and the heat flux. The implementation of 200 thermocouples distributed throughout the experimental set-up also made it possible to obtain the temperature levels of the air and the products within the pallet according to these same parameters.The numerical study was performed by two approaches: a detailed model by computational fluid dynamics (CFD) with several millions of elements and a zonal model (about twenty zones) assimilating the system to a hydraulic network. Both models were validated using experimental data. The CFD gave complement information which is not accessible by the experimental measurements, which facilitated the understanding of the phenomena. The zonal approach, by its simplicity of use and its low computing time is more suitable for an industrial use
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Abdallah, Ghassan. "La convection thermique dans les milieux fracturés : modélisation avec la méthode des éléments distincts." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1994. http://www.theses.fr/1994INPL126N.
Full textAbstract:
L’étude des phénomènes couplés thermo-hydro-mécaniques intéresse la communauté scientifique aujourd'hui confronté au problème du stockage des déchets. La modélisation est un outil essentiel pour prédire l'évolution complexe du milieu hôte et de ces déchets. Parmi les approches numériques existants, on distingue les approches de types éléments finis et les approches de type éléments distincts. Si la première, plus ancienne, a déjà donné lieu à de nombreux développement et applications, elle rend mal quelquefois la réalité du massif rocheux fracturé. Nous avons souhaité cette dernière approche en la rendant capable de modéliser les échanges thermiques convectifs liés à la circulation d'un fluide dans les fissures de roche. Nous suspectons en effet que ce phénomène peut être important si le gradient hydraulique est suffisamment élevé. Une étude bibliographique nous a permis de mettre en évidence les paramètres qui déterminent ce phénomène dont le principal est le coefficient de transfert thermique h entre la roche et le fluide. Les nombreuses formulations recensées ne sont pas totalement suffisantes à expliciter la réalité de ses effets. D’autres mesures, in situ et en laboratoire, s'avèrent nécessaires. Nous avons pu établir des expressions pour les termes d'échange thermique entre le fluide et la roche et à l'intérieur du fluide lui-même. Souhaitant donc modéliser le phénomène à l'aide d'une approche adaptée au milieu discontinu, notre choix s'est porte sur le logiciel UDEC (Universal Distinct Element Code) dont la structure permettait moyennant quelques modifications d'accueillir les développements envisagés. Les algorithmes de calcul sont basés sur les différences de vitesse entre les transferts thermiques convectifs et conductifs. Nous avons testé notre modèle dans le cas de l'écoulement d'un fluide froid entre 2 blocs. Dans le cas d'une modélisation thermohydraulique, les échanges thermiques calculés sont cohérents et s'accordent avec ceux calculés par une autre approche numérique. On observe en effet que la convection thermique croit avec l'ouverture hydraulique de la fracture, la vitesse du fluide et décroit avec sa viscosité. Des calculs thermo-hydromécaniques ont montré la nécessité d'alterner les calculs thermiques et les calculs hydromécaniques suffisamment fréquemment pour rendre compte de la réalité du couplage. Notre modèle a été utilisé à grande échelle et a permis également d'interpréter les anomalies thermiques mesurées sur le site géothermal du Cézallier
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Nassar, Mohammad. "Simulation de la formation de films polymères par séchage de colloïdes aqueux." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAE005/document.
Full textAbstract:
Le séchage des dispersions colloïdales a été et demeure très étudié en raison de son extrême complexité et de son utilisation dans de nombreuses applications. Dans cette thèse, nous avons développé une simulation, d'abord unidirectionnelle, basée sur le principe des automates cellulaires, qui traite la problématique du séchage horizontal et vertical. Ce travail permet de prédire, par calcul numérique, la distribution des particules et la position des fronts de séchage dans les dépôts de dispersions sous forme de films minces. Nos résultats ont montré que la pression existant dans le fluide est la somme des pressions de Laplace et hydrostatique. Par rapport aux modèles existants, cela modifie la convection des particules dans la partie fluide de la dispersion. La diffusion collective des particules chargées a été étudiée également. Contrairement aux prédictions théoriques antérieures, nous avons pu montrer que la diffusion collective des particules chargées pouvait jouer un rôle majeur, y compris dans le cadre de l’approximation de lubrification. Finalement, la simulation 1D a été étendue en 2D, ce qui a permis de comprendre la raison pour laquelle deux fronts dans deux directions perpendiculaire (cas d’une géométrie rectangulaire) avancent à des vitesses différentes. Une comparaison entre les données expérimentales et le calcul numérique sur le profil du film et la vitesse des fronts de séchage pour une dispersion de silice montre un bon accordDrying of colloidal dispersions, given their uses in several fields in everyday life, has been the subject of many studies for a long time. In this thesis, we first developed an unidirectional simulation, based on the principle of the cellular automaton, which deals with the problem of horizontal and vertical drying. This work makes it possible to predict, by numerical calculation, the distribution of the particles and the position of drying fronts in deposits in form of thin films.The profile of the film in the liquid part was studied. Our results have shown that the pressure in the fluid is the sum of the Laplace and hydrostatic pressures. This result affects the dynamics of particles in the fluid part of the dispersion, in particular convection. The collective diffusion of charged particles has also been studied. Contrary to what was predicted in previous theoretical models, we were able to show that the collective diffusion of the charged particles could be important even within the lubrication approximation. Finally, the 1D simulation was extended to 2D in order to understand the reason why two fronts in perpendicular directions (case of a rectangular geometry) advance at different speeds. A comparison between the experimental data for the drying of a silica dispersion and the numerical calculation shows good agreement
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Noeppel, Anne. "Modélisation numérique de la solidification des alliages métalliques binaires." Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0177.
Full textAbstract:
Les alliages métalliques binaires obtenus par solidification doivent répondre à des exigences de qualité, ce qui suppose de contrôler le procédé de solidification. Ce contrôle est cependant imparfait car la compréhension des mécanismes à l'origine des ségrégations et de la transition colonnaires et équiaxes (CET) est encore partielle. Un modèle numérique multiphasique macroscopique a été utilisé pour quantifier l'influence de la convection naturelle et forcée sur le devenir des ségrégations. Puis, on s'est attaché à compléter le modèle développé dans le cas de structures purement équiaxes. Enfin des simulations de transition colonnaire équiaxe 1D ont été effectuées. Une comparaison avec des résultats expérimentaux a permis d'effectuer une validation du modèle et de l'appliquer aux expériences planifiées du projet Impress. Un développement 2D de la transition colonnaire équiaxe est également proposéThe binary alloys obtained by solidification must satisfy requirements for quality, which supposes to control the solidification process. This control is however imperfect because of physical mechanism such as the segregations and the columnar-to-equiaxed transition (CET). Numerical simulations are necessary to understand such phenomena. A multiphase macroscopic model was used to quantify the influence of forced and natural convection on segregations. Then the model was developed in the case of purely equiaxed structures. Finally, simulations of 1D CET were carried out. A comparison with experimental results made it possible to carry out a validation of the model and to apply it to the experiments of the Impress project. A development 2D of the CET is also proposed
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Jameel, Syed Mohd Saad. "Turbulence modelling of mixed and natural convection regimes in the context of the underhood-space of automobiles." Thesis, Pau, 2020. http://www.theses.fr/2020PAUU3033.
Full textAbstract:
Le sujet de cette thèse concerne la modélisation de la turbulence des écoulements influencés par la flottabilité, qui émanent de l’interaction de la force gravitationnelle avec une différence de densité. Cette étude est motivée par des problématiques rencontrées par le groupe PSA dans la simulation des écoulements de convection naturelle dans le compartiment moteur des véhicules.L’objectif principal de ce travail est de tester plusieurs modéles pour prendre en compte la flottabilité et de proposer des améliorations efficaces qui pourraient fournir un modèle applicable aux écoulements engendrés par la flottabilité. En outre, ces modifications doivent pouvoir être mises en œuvre dans le code Ansys Fluent pour le calcul des écoulements de convection naturelle dans les problèmes typiques cités ci-dessus. Dans le cadre de cet objectif, nous avons adapté trois modèles à viscosité turbulente aux effets de la flottabilité. La première approche qui offre le meilleur cadre physique implique l’extension des lois de comportement pour le tenseur de Reynolds et le flux thermique turbulent de manière linéaire, pour tenir compte de l’influence anisotrope de la flottabilité.Cette approche, appliquée à trois modèles différents, permet d’améliorer considérablement les résultats en reproduisant l’écoulement moyen et les quantités turbulentes. Dès lors, on se rend compte que cette approche conduit à des améliorations significatives en terme de physique.De plus, on observe que l’utilisation d’une approche simplifée d’hypothèse de diffusion par simple gradient “SGDH” pour modéliser le terme source de flottabilité conduit à une sous-estimation de l’effet de la flottabilité sur la turbulence. En outre, la comparaison avec les données de la simulation numérique directe (DNS) montre que l’hypothèse de diffusion par gradient généralisé “GGDH” donne de meilleures prédictions de l’écoulement moyen et du champ de température. Un autre aspect abordé dans ce travail concerne la sensibilité au modéle du terme de production par flottabilité dans l’equation de ε ou ω. Après une analyse détaillée, on constate que les résultats sont trés sensibles à ce terme et que la valeur optimale du coefficient est liée au choix du modèle de turbulence. Pour éviter cette sensibilité, on utilise une autre expression du terme source pour la modélisation de la flottabilité dans les équations de ε du ω qui tient compte du nombre de Richardson de flux et on observe une amélioration de la prédiction des profils moyens.Trois régimes différents d’écoulements sont étudiés, à savoir les régimes de convection forcée, mixte et naturelle. Parmi ceux-ci, la configuration de canal vertical différentiellement chauffé est considérée pour développer le modèle adapté à la flottabilité. C’est celle qui pose le plus grand défi pour les modèles à viscosité turbulente. Ces études ont abouti à la proposition d’une forme plus physique et simplifiée de modèles adaptés à la flottabilité, qui est considérée comme le meilleur compromis entre la précision physique et la stabilité numérique pour des écoulements induits par la flottabilité.Ces modèles sensiblisés à la flottabilité offrent des perspectives pour étudier d’autres configurations d’écoulements de convection mixte et naturelle et ouvrent la voie à l’utilisation de ces modèles dans les simulations dans le compartiment moteur des véhiculesThe subject of this thesis is the turbulence modeling of buoyancy-driven flows, which emanate through the interaction of the gravitational force with a density difference. The motivation of this investigation comes from the problem faced by the PSA group in simulating natural convection flows in the under hood space of cars.The main goal of the present investigation is to test several models to account for buoyancy and to propose effective improvements which could provide a model applicable to buoyancy-driven flows and in addition to that, can be easily implemented in the software Ansys Fluent for the computation of natural convection flows in the Underhood-space of cars.In the context of this goal, three eddy-viscosity turbulence models are sensitized to the effects of buoyancy. The first approach which offers the better physical framework involves the extension of the constitutive relations for the Reynolds stress and turbulent heat flux in a linear way, to account for the anisotropic influence of buoyancy. This approach is applied to three different models and brings in drastic improvement of the results in reproducing the mean flow and the turbulent quantities and thus it is realized that this approach leads to physically based improvements.Furthermore, it is observed that, using a simple gradient diffusion hypothesis (SGDH) approach to model the buoyancy source terms leads to underestimate the effect of buoyancy on turbulence and the comparison with the DNS data shows that the generalized gradient diffusion hypothesis (GGDH) give improved predictions of the mean flow and temperature field. Another issue addressed in this work involves the sensitiveness to the buoyancy production term in the ε or ω equations and after a detailed analysis, it is realized that the results are very sensitive to this term and the optimal value of the coefficient is linked to the choice of the turbulence model. To avoid this limitation, another expression for the model of the buoyancy source term in the ε or ω equations is applied which considers the flux Richardson number and it is observed that there is an improvement in the prediction of mean flow profiles.Three different regimes of convective flows are studied namely, forced, mixed and natural convection and the more challenging differentially heated vertical channel flow configuration which poses a major challenge to the eddy-viscosity models is considered to develop the buoyancy sensitized model. As an outcome of these studies, the more physical and simplified forms of buoyancy sensitized model are proposed which is considered as the best compromise between the physical accuracy and numerical stability for buoyancy-driven flows.These buoyancy-sensitized models provide an opportunity to investigate other buoyancy-driven flows and paves the way for these models to be applied in the under hood space simulation
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Ferahta, Fatima Zohra. "Etude du transfert thermique dans la lame d'air d'un capteur solaire." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4754.
Full textAbstract:
Le travail de cette thèse constitue une contribution à l'étude des capteurs solaires thermiques. Ainsi, nous cherchons à comprendre les mécanismes d'écoulement et de transfert en convection naturelle interne, en géométrie tridimensionnelle dans la lame d'air d'un capteur solaire dans le but de trouver la conception optimale qui permet un contrôle thermique adéquat et une performance énergétique.Une partie de cette thèse est donc consacrée à une simulation numérique basée sur la mise au point d'un modèle de la convection naturelle dans la lame d'air de forme parallélépipédique fermée contenant de l'air et inclinée d'un angle α. Les simulations ont été faites afin de déterminer les champs de température et de vitesse sous l'influence de la variation de l'épaisseur de la lame d'air, le flux de chaleur apporté à l'absorbeur et la présence d'obstacles dans la lame d'air. Ces simulations ont été effectuées avec et sans rayonnement dans la lame d'air. Le logiciel de calcul utilisé pour cette étude est le CFD fluent, basé sur la méthode des volumes finis Les résultats obtenus montrent l'influence de l'épaisseur de lame d'air sur le régime d'écoulement ; ce dernier peut être stationnaire stable ou instationnaire. Les valeurs du coefficient du transfert thermique ont été calculées pour tous les cas étudiés et une comparaison de l'écoulement avec et sans rayonnement a été faiteThis thesis aims to study the solar thermal collectors. Thus, we seek to understand the mechanisms of natural convective heat transfer in the air gap of a solar collector, in order to find an optimal design which allows adequate thermal control and energy performance.Part of this thesis is devoted to the numerical simulation using fluent, based on the development of natural convection model in an inclined parallelepiped air gap of solar collector. Fluent CFD software is based on the finite volume method. The simulations were carried out to determine the velocity and temperature fields under the effect of the air gap thicknesses, the heat flux provided to the absorber and the presence of obstacles in the air gap. The results show the effect of the air gap thickness on the flow regime, which can be steady or unsteady. These simulations were performed with and without the coupling of convection-radiation in the air gap. Values of the coefficient of heat transfer was calculated for different cases and a comparison for both cases with and without taking into account radiation was made. The numerical study was followed by an experimental work based on the study of solar collector. To reduce heat losses, experiments were carried out to evaluate the thermal behavior of solar collector under external conditions (sunshine, temperature...etc) and the coolant flow rate for various gap air thicknesses. The results show the effect of the air gap thickness on the thermal performance and the importance of having an optimum thickness for better performance. Similarly, the introduction of barriers also contributes to improve the performance of the solar collector
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Arid, Ahmed. "Etude de l’évolution du front de fusion dans une cuve de stockage contenant un coulis de glace." Pau, 2011. http://www.theses.fr/2011PAUU3037.
Full textAbstract:
Ce travail concerne l’évolution thermique d’un coulis de glace (mélange de particules de glace dans une solution aqueuse) lorsqu’il est au repos dans une cuve de stockage. Les coulis de glace sont utilisés pour le transport d’énergie par chaleur latente. Suivant les conditions de températures externes imposées, le coulis de glace va fondre créant une interface coulis/liquide mobile et un liquide subissant des mouvements de convection naturelle. Notre travail a consisté en une modélisation de la fusion du coulis dans une cavité 2D cartésienne chauffée par le bas ou latéralement. Les équations caractéristiques du phénomène sont non linéaires de sorte que nous avons mis en oeuvre des méthodes numériques. Dans la partie liquide les rouleaux de type Rayleigh-Bénard sont caractérisés tandis que dans la partie « solide » des gradients de température apparaissent du fait de la fusion progressive de la glace en présence de la solution, conformément au diagramme de phases. Les résultats présentés concernent les champs de température, de vitesses dans le liquide, des taux de glace ainsi que la position de l’interface. Le cas d’un coulis de glace en présence d’eau pure a aussi été examinéThis work concerns the thermal evolution of an ice slurry (mixture of ice particles within an aqueous solution) inside a storage tank. The ice slurry is used for the transport of energy by latent heat. Depending on the imposed external temperature, the ice slurry will melt creating a slurry-liquid interface and a natural convection inside the liquid phase. Our work consisted of modeling the ice slurry melting in a 2D cartesian cavity heated from below or laterally. The characteristic equations of the phenomenon are nonlinear, so we have implemented numerical methods. A natural convection occurs inside the liquid (Rayleigh-Bénard cellular convection). In the “solid phase”, temperature gradients appear due to the gradual melting of ice in the presence of the solution, according to the phase diagram. The presented results concern the temperature fields, velocity fields in the liquid, the ice fraction and the position of the interface. The case of ice slurry in the presence of pure water was also examined
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Gao, Dong Ming. "Modélisation numérique du remplissage des moules de fonderie par la méthode des éléments finis." Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPD404.
Full textAbstract:
Le thème de ce travail est la modélisation numérique du remplissage des moules de fonderie par la méthode des éléments finis. Le but de cette étude est de construire un modèle numérique destiné aux ingénieurs de fonderie leur permettant un contrôle du procédé de façon plus scientifique. Le procédé de remplissage implique plusieurs phénomènes physiques (écoulement du métal liquide, transfert thermique et avancement du front), ce qui est très complexe au niveau de la simulation numérique. La résolution du système non linéaire (Équations Navier-Stokes) pour le modèle d'écoulement est effectuée à l'aide de la méthode de Newton-Raphson. L'avancement du front est simulé par une équation de type pseudo-concentration (hyperbolique) qui fait intervenir une très forte instabilité. Nous présentons une technique de lissage afin d'assurer une précision suffisante pour l'avancement de front. Des exemples sont présentés pour valider le modèle de l'avancement du front. Pour obtenir le profil de température une équation d'équilibre thermique est utilisée dans le modèle développé. Nous introduisons la méthode Taylor-Galerkin dans le calcul thermique dans le but d'éviter les oscillations numériques qui se produisent dans le cas où la convection devient dominante. Plusieurs exemples de remplissage sont présentés dans cette étude.