ANALYSE NUMERIQUE DE LA CONVECTION MIXTE TURBULENTE AUTOUR D’OBSTACLES CONFINES

Abstract

Ce mémoire présente une étude à caractère purement numérique basé sur le logiciel COMSOL résolvant les équations de Navier-Stokes et l’équation de l’énergie sous leurs formes adimensionnelles ou dimensionnelles. On cherche à étudier les phénomènes thermohydrodynamiques qui se présentent lors du refroidissement par convection turbulente des obstacles chauffés. Ce travail porte principalement sur l’influence de l’existence d’un obstacle de forme simple (rectangulaire, triangulaire ou demi cylindrique) placé au milieu d’un canal rectangulaire sur le comportement d’un écoulement en régime laminaire ou turbulente. L’utilisation large de l’obstacle carré dans les applications industrielles nous a suscité de s'intéresser de plus près en faisant une recherche bibliographique concernant les travaux numériques effectués dans ce domaine. Le modèle physique aussi bien que le modèle mathématique du problème étudié ont été présentés. Les équations gouvernantes, basées sur le modèle κ-ε standard pour l’écoulement turbulente, ont été résolues à la base de la méthode des éléments finis. Les résultats numériques obtenus, représentés par les isothermes, les fonctions de courant et le nombre de Nusselt, ont montré la dépendance des caractéristiques thermo-hydrodynamique de l’écoulement de la dimension et/ou de la forme du turbulateur. Des structures tourbillonnaires se développent, en aval et en amont des turbulateurs chose qui a été expliquée par la présence de source de chaleur ainsi que les pertes de charge dues essentiellement au blocage de l’écoulement caractérisé par les paramètres géométriques des obstacles. ...ان هذه المذكرة تتطرق إلى دراسة رقمية تعتمد على البرنامج التجاري COMSOL و الذي يقوم بحل معادالت نافيير – ستوكس و معادالت الطاقة في شكلهم ال بعدي أو البعدي. نسعى في هذه الدراسة الى دراسة الظواهر التيرمو- هيدرودينامكية و التي تحدث أثناء تبريد عن طريق الناقلية بالتدفق المضطرب لعوائق ذات حرارة موضوعة داخل قناة. يركز هذا العمل على تأثير وجود عقبة بشكل بسيط )مستطيل، مثلث أو شبه أسطواني( وضعت في وسط القناة مستطيلة الشكل على الخصائص المختلفة للتدفق الصفحي أو المضطرب. ان االستعمال الواسع للعوائق المربعة في التطبيقات الصناعية جعلنا نهتم بدراسة قريبة و ذلك من خالل البحث في الدراسات الرقمية السابقة و الحالية في هذا المجال. من حيث النموذج الفيزيائي و الرياضي ايضا للمشكلة المدروسة في هذه االطروحة. المعادالت الرياضية الشاملة المعتمدة على النموذج ε-k القياسي للتدفق المضطرب والذي تم حله من خالل طريقة العناصر الدقيقة MEF .ان النتائج الرقمية المتحصل عليها و المتمثلة في في مخططات بيانية لدرجة الحرارة و سرعة التدفق، و منحنيات تموجية مرفقة بأرقام دقيقة و رقم النيسلت. أظهرت لنا خصائص التيرمو-هيدرودينامكي للتدفق المرفق باألبعاد و / أو شكل العائق. الهياكل االضطرابية يجب ان تطوير المصب و المبع شيء يوضحة و يحدده وجود منبع الحرارة و ضياع الحمولة غي الحرارة ة باالساد الى االنسدادات الحاصلة في التدفق و التي يسببها العائق من خالل شكله الهندسي