Academic literature on the topic 'Milieux poreux avec transfert de chaleur'

Le masque en béton bitumineux est l'un des organes les plus utilisés pour l'étanchéité des barrages en remblai. Le parement en béton bitumineux est, en particulier dans le cas des installations de stockage par pompage hydroélectriques, sont souvent très exposé à des fluctuations importantes de température, qui sont causées par la radiation solaire, la variation du niveau d'eau dans le réservoir, par le gel dans la saison d'hiver, ainsi que la vitesse et la direction du vent, sans oublier les précipitations. Pour mieux expliquer le phénomène de transfert de chaleur, il est nécessaire de connaître les variations de température dans les différentes couches du masque en béton bitumineux. Ce travail décrit la mesure de la température dans le masque en béton bitumineux (brut et avec protection) du barrage Ghrib (Ain Defla, Algérie) et son évaluation à l'aide d'un modèle numérique du transfert de chaleur dans le parement en béton bitumineux en utilisant le logiciel Fluent. Dans un premier temps une validation du modèle par comparaison avec des mesures expérimentales, dans le cas d'une variation journalière de température ambiante, La comparaison des résultats du calcul du modèle numérique avec les mesures réelles montre une excellente ressemblance. Nous simulons ensuite la pose d'une protection thermique en ajoutons une couche convective en béton poreux. Les résultats de cette simulation montrent que le transfert de chaleur par convection possède le potentiel de développer une différence de température significative entre les parties inférieure et supérieure du masque, et aussi que l'ajout de cette couche permet d'amortir le pic de température et le réduire à 12,31 °C, ceci de 9 h jusqu'à 15 h au moment où la chaleur est très élevée, ce qui est significatif pour notre masque, où les températures atteignant leurs valeurs maximales (49 °C).

Emploi du modele de philip et de vries. Description des phenomenes physiques. Simulation numerique de la thermomigration bidimensionnel dans une cavite rectangulaire fermee. Le milieu poreux utilise est du sable quartsique dont les caracteristiques sont determinees experimentalement. Simulation numerique du transfert simultane de chaleur et de masse dans un espace poreux annulaire. Etude des effets du transfert bidimensionnel pendant une infiltration ponctuelle ou sur le fond d'une raie rectangulaire. Etude des themes convectifs sur le transfert de chaleur

Ce travail présente une analyse du comportement d'un procédé de stockage du froid qui utilise une cuve de dimension importante, remplie d'un grand nombre de nodules contenant un matériau à changement de phase (MCP). Un fluide caloporteur liquide circule dans la cuve permettant les échanges d'énergie. Il est tenu compte de la différence entre le stockage (cristallisation) et le déstockage (fusion) due à la surfusion. Nous avons mis au point un nouveau modèle, basé sur l'approche milieu poreux, qui permet d'étudier l'influence de la convection naturelle au sein de la cuve. Le code validé à l'aide des résultats expérimentaux dans le cas d'un drainage vertical, permet d'étudier l'état de la cuve en position horizontale. A cause des phénomènes de convections naturelles donnant naissance à des chemins préférentiels, le drainage horizontal est moins efficace et les phases de stockage et de déstockage sont beaucoup plus longues qu'avec un drainage vertical
The objective of this work is the study of an industrial process of energy storage which consists in the use of a cylindrical tank filled with encapsulated phase materials (PCM). A particularity is met in this kind of processes; it concerns the delay of the crystallization of the PCM, called supercooling phenomenon. A detailed analysis of the system permitted the development of the two-dimensional porous-medium model, which was made with two different approaches: quasistationary approximation and enthalpic formulation. First the numerical model has been compared with experimental results for the tank in vertical position; Then, the code was used to study the thermal behaviour of the tank in horizontal position. We found that the optimum running of the charge mode is obtained in the case of the vertical position where the motions due to the natural convection are in the same direction as the forced convection

Cette étude concerne l'évolution spatio-temporelles des structures thermo-convectives en milieu poreux chauffé par le bas et soumis à un écoulement horizontal. Des données expérimentales montrent que dans la région laminaire, deux types de structures ont été observés : des rouleaux propagatifs transverses à l'écoulement (R. T) et des rouleaux fixes longitudinaux (R. L). Il est obtenu que l'analyse temporelle ne permet pas de prédire la sélection de structures observées, alors que la transition convectif/ absolu dans l'espace des paramètres correspond parfaitement à la transition entre les deux types de structures. Ce très bon accord entre la théorie de l'instabilité absolue et l'expérience, est retrouvé également lorsque l'on compare les périodes d'oscillations et les longueurs d'onde des R T. Lorsque le rapport de forme transversal du milieu et l'inertie sont pris en compte, l'interaction non linéaire des R T et des R L est étudiée grâce à deux équations d'enveloppes, obtenues rigoureusement au voisinage d'un point de bifurcation double. La simulation numérique de ce modèle réduit en présence du bruit permet d'expliquer certaines observations expérimentales. D'autre part la résolution numérique directe bidimensionnelle en méthode spectrale montre que les caractéristiques des modes globaux non linéaires sont identiques à ceux obtenues par la théorie linéaire d'instabilité absolue. Par ailleurs le transfert de chaleur moyen est analysé et comparé à l'expérience.

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

Cette étude concerne l'évolution spatio-temporelles des structures thermo-convectives en milieu poreux chauffé par le bas et soumis à un écoulement horizontal. Des données expérimentales montrent que dans la région laminaire, deux types de structures ont été observés: des rouleaux propagatifs transverses à l'écoulement (R.T) et des rouleaux fixes longitudinaux (R.L). Il est obtenu que l'analyse temporelle ne permet pas de prédire la sélection de structures observées, alors que la transition convectif/ absolu dans l'espace des paramètres correspond parfaitement à la transition entre les deux types de structures. Ce très bon accord entre la théorie de l'instabilité absolue et l'expérience, est retrouvé également lorsque l'on compare les périodes d'oscillations et les longueurs d'onde des R.T. Lorsque le rapport de forme transversal du milieu et l'inertie sont pris en compte, l'interaction non linéaire des R.T et des R.L est étudiée grâce à deux équations d'enveloppes, obtenues rigoureusement au voisinage d'un point de bifurcation double. La simulation numérique de ce modèle réduit en présence du bruit permet d'expliquer certaines observations expérimentales. D'autre part la résolution numérique directe bidimensionnelle du problème en méthode spectrale montre que les caractéristiques des modes globaux non linéaires sont identiques à ceux obtenues par la théorie linéaire d'instabilité absolue. Par ailleurs le transfert de chaleur moyen est analysé et comparé à l'expérience.

Les sollicitations hydro-climatiques parfois extrêmes que subissent les constructions en terre crue peuvent entraîner des dégradations importantes pouvant conduire à leur effondrement. Ce travail s'inscrit dans le cadre du programme Central Asian Earth de l'UNESCO, en coopération avec le laboratoire CRATerre-ENSAG. Le site de Deshan Kala à Khiva (Ouzbékistan) est retenu pour étudier les mécanismes de transferts d'eau et de sels dans le sol et le mur. Il est instrumenté pour suivre l'évolution des paramètres hydro-climatiques contraignant les transferts. Le modèle de transferts couplés d'humidité et de chaleur considère la gravité et la capillarité pour le transport du liquide et la diffusion pour celui de la vapeur. La densité du liquide est variable selon la concentration en solutés. Les solutés sont transportés par convection-dispersion. La cristallisation/dissolution est une réaction d'ordre un. Les propriétés de transfert des matériaux sont déterminées en laboratoire. Les phénomènes de transfert sont étudiés numériquement. Les simulations monodimensionnelles mettent en évidence la présence d'une zone sèche proche de la surface impliquant l'évaporation de l'eau à l'intérieur du matériau. L'intensité des flux d'humidité et l'état hydrique du système sont influencés par le niveau de la nappe et les conditions atmosphériques. Le sel cristallise dans la zone sèche ou à la surface selon les conditions et le matériau considérés. Les simulations bidimensionnelles permettent d'évaluer l'impact de la qualité de la surface du sol et de la végétation sur les flux d'humidité dans le mur à proximité. Ces résultats ont un intérêt pour la conservation du patrimoine.

Les travaux de recherche de cette habilitation se situent dans le domaine de l'Analyse Numérique des Equations aux Dérivées Partielles et portent sur la modélisation, la discrétisation, l'analyse a priori et a posteriori de schémas et la simulation numérique de différents problèmes issus de la mécanique. Un fil conducteur de ces travaux est l'utilisation et l'étude des méthodes d'éléments finis (conformes, non-conformes, mixtes, de Galerkin discontinus, stabilisés) et des formulations mixtes. Les domaines d'application abordés sont la mécanique des solides élastiques, l'ingénierie pétrolière et la mécanique des fluides, newtoniens et non-newtoniens. Ainsi, des problèmes d'élasticité linéaire, comme la discrétisation de deux modèles de plaque mince en flexion munie de conditions aux limites physiques, ont été considérés. Des écoulements anisothermes dans les milieux poreux, décrits par les équations de Darcy-Forchheimer avec un bilan d'énergie exhaustif dans les cas mono et multi-phasique, ainsi qu'un couplage thermo-mécanique puits - réservoir pétrolier ont aussi été étudiés, dans le cadre d'une collaboration industrielle avec Total. Enfin, plusieurs questions en mécanique des fluides ont été abordées, comme la discrétisation robuste des équations de Stokes par une méthode de Galerkin discontinue en lien avec les éléments finis non-conformes, le traitement des conditions aux limites non-standard pour les équations de Navier-Stokes, la modélisation hiérarchique multi-dimensionnelle des écoulements fluviaux à surface libre, la simulation réaliste des écoulements de liquides polymères et la stabilité des schémas numériques par rapport aux paramètres physiques, en particulier pour le modèle de Giesekus.

La dispersion thermique, c'est-à-dire le transfert de chaleur dans un milieu poreux qui est traversé par un fluide, est un phénomène complexe. Pour que celui-ci puisse être pris en compte dans des applications industrielles, il faut disposer d'un modèle simple avec des paramètres qui sont physiquement raisonnables et expérimentalement accessibles. Ce travail présente une technique expérimentale pour estimer les paramètres du modèle dit "à une température", notamment les coefficients du tenseur de dispersion thermique qui dépendent de la vitesse de Darcy. Le dispositif expérimental correspond à un lit fixe de billes de verre avec de l'eau comme fluide. Une source de chaleur linéique, perpendiculaire à la direction de l'écoulement, est utilisée (échelon temporel) ; le signal de température, mesuré par des thermocouples en aval de la source, est utilisé pour l'estimation des paramètres. Dans cette situation, la qualité d'estimation par la méthode des moindres carrés ordinaires est limitée par les incertitudes sur la vitesse et les positions des thermocouples. L'optimisation de la géométrie expérimentale et la méthode de Gauss-Markov permettent d'estimer également ces paramètres. Des simulations d'inversion de type Monte-Carlo montrent que cette approche fournit une estimation du coefficient longitudinal de dispersion thermique avec une bonne précision; d'autres géométries de chauffe et les travaux de la littérature confirment ces résultats. L'estimation du coefficient de dispersion transverse est moins précise; cependant, les résultats obtenus pour sa dépendance de la vitesse mettent en cause le modèle établi de la littérature. Les excellents résidus en température qui ont été obtenus suggèrent que le modèle à une température est raisonnable, même dans le cas du non-équilibre thermique entre les deux phases.

Le stockage de solides thermiquement instables présente des risques potentiels d'emballement thermique. Le dirnensionnement et le choix des conditions de stockage sont souvent déterminés à partir de critères issus des théories classiques de Semenov et de Frank-Kamenetskii. Ceux-ci reposent sur des hypothèses dont certaines sont difficiles à vérifier en pratique. La fiabilité des prédictions du comportement de ces stockages est tributaire du niveau de description des processus impliqués, à travers leur compétitivité et leurs interactions mutuelles. D'un point de vue sûreté, cette description doit permettre une évaluation précise et réaliste des risques d'une part et d'autre part, l'optimisation de la marge de sécurité à adopter. Les modèles simplifiés conduisent à des marges parfois très majorantes. En revanche, elles peuvent être minorantes faute de connaissances suffisantes du système. Dans ce travail, l'étude de ces stockages a été entreprise suivant une succession de modèles faisant intervenir une quantité croissante de phénomènes physiques de plus en plus détaillés. Les résultats issus des différents modèles ont été analysés et comparés sur la base des paramètres critiques et les temps d'induction des emballements thermiques. Le cas considéré est celui du stockage de matériaux pulvérulents ou de grains empilés en lit fixe poreux. Le problème est formulé par l'écriture, en 2D, des équations locales de continuité et de conservation de chaleur, de quantité de mouvement et d'espèces. Ces équations ont été résolues par la méthode des volumes finis. Le comportement des stockages a été étudié selon plusieurs aspects : rôle de la convection naturelle avec les effets non Darciens (termes de Forchheimer et de Brinkman, porosité variable), de la dispersion thermique, de l'aération mixte et forcée, de la consommation du réactif clé et des mécanismes d'échange thermiques à la paroi.

Ce travail comporte quatre parties. Dans la première partie, nous rappelons le formalisme du transfert radiatif dans les milieux semi-transparents. Une étude comparative de plusieurs méthodes de résolution de l'équation du transfert radiatif est proposée. L'approximation différentielle bidimensionnelle Pl est alors retenue pour l'étude des cas de couplage rayonnement - convection. L'interaction de la convection naturelle et du rayonnement dans un milieu poreux bidimensionnel constitue la deuxième partie de ce travail. Le modèle radiatif est associé à un schéma de différences finies qui permet de résoudre les équations de la convection sur la base de l'hypothèse de BOUSSINESQ et de la loi de DARCY. L'interaction est caractérisée par des paramètres adimensionnels dont l'étude permet de mieux appréhender les rôles des différents modes de transfert. Dans la troisième partie, nous étudions l'interaction de la convection naturelle et du rayonnement au sein d'un fluide semi-transparent bidimensionnel. Nous présentons une étude paramétrique dans le cas d'un fluide gris à diffusion isotrope avant de traiter le cas du milieu non gris. Un couplage beaucoup plus complexe est abordé dans la quatrième partie. Il s'agit de l'interaction convection naturelle-rayonnement dans une cavité partiellement occupée par un milieu poreux semi-transparent, sans interface opaque et imperméable séparant les deux milieux. Une condition limite radiative est proposée. Les équations de la convection sont modélisées à l'aide d'une combinaison de l'équation de NA VIER-STOKES et celle de BRINKMAN. Le rôle de divers paramètres est analysé. La présence de l'interface perméable et non-opaque contribue à modifier profondément les champs thermiques et dynamiques
This work includes four parts. In the first part, we explain the formulation of relative transfer in a semitransparent media. A comparative study for several calculation methods for the radiative equation is proposed. The P1 approximation in a two-dimensional form is them retained for modelling heat transfer coupled by radiation and convection. In the second one, we analyse the interaction between thermal radiation and natural convection within a two-dimensional porous medium. The radiative model is associated with a finite difference scheme which allows to solve convective equations described by Darcy's law and Boussinesq approximation. The study of dimensionless parameters which govern this interaction provides a better understanding of roles played by each mechanism of transfer. In the third part, the interaction between natural convection and thermal radiation in two-dimensional semi-transparent fluid has been investigated. Before analysing the case of non-grey medium we expose a parametric study for a grey fluid isotropic scattering. The last part deals with a much more difficult coupled problem. We consider the interaction between natural convection and thermal radiation within a cavity partially filled with a porous medium. For the interface, which is permeable and non-opaque, a radiative boundary condition is proposed. The convective equation are treated with combined Navier-Stokes and Brinkman equations. The effect of main parameters has been studied. It is shown that the permeable and non-opaque interface induces a deep modification in both thermal and dynamic fields