Modélisation bidimensionnelle des transferts couples rayonnement - convection naturelle dans les milieux semi-transparents

= A two-dimensional modelization of heat transfer by thermal radiation and natural convection in a semi-transparent median

• Auteur / Autrice : Chakib Bouallou
• Direction : Jean-François Sacadura
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Transferts Thermiques
• Date : Soutenance en 1989
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMFT - Mécanique des Fluides et Thermique (Lyon, INSA1978-1995) - CETHIL - Centre de Thermique de l'INSA de Lyon (Lyon, INSA ; 1982-1995)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Chaleur -- Convection

Écoulement en milieux poreux

Résumé

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.