Etude numérique 3D du couplage turbulence / rayonnement sur des écoulements stratifiés en milieu confiné

3D numerical study of turbulence-radiation coupling on stratified flows in enclosures

• Auteur / Autrice : Loïc Audren
• Direction : Patrick Bontoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Turbulence

Résumé

Dans la perspective de reproduire la dynamique d’un écoulement turbulent généré par un incendie en tunnel, une modélisation est proposée en prenant compte de l’anisotropie du problème (jet impactant, écoulement stratifié, etc. ), ainsi que du rôle des parois sur le plan thermique. Le modèle de turbulence est basé sur celui à 4 équations de Hanjalic, modifié pour une version à haut nombre de Reynolds et couplé à un modèle de rayonnement (équation de transfert radiatif résolue par la Méthode aux Ordonnées Discrètes). De nouvelles conditions limites sont définies θ² et pour et dans la version à haut nombre de Reynolds, ainsi que pour le couplage turbulence – température à la paroi. Les résultats de simulation sont testés et analysés dans le cas d’une cavité carrée différentiellement chauffée, et la série d’essai incendie en grandeur réelle dans le tunnel de Toulon permet de vérifier la validité du modèle présenté. Une étude est également faite dans le cas d’un incendie en milieu confiné (cas Steckler). Les profils de température et vitesse moyennée, dans le cas de la cavité carrée, du tunnel et de la pièce, montrent de bonnes concordances avec les données expérimentales, notamment sur l’effet de stratification. Le rayonnement thermique joue un rôle important dans le transfert de chaleur aux parois et sur la stratification de l’écoulement.

In order to reproduce the dynamic of a turbulent flow produced by a tunnel fire, a model is proposed taking account of the anisotropy of the physical problem (impacting jet, stratified flow, etc. ) and also of the thermal role of the walls. The turbulence modelling is based on the four equations model of Hanjalic modified in high Reynolds version and coupled with a radiation model (equation of radiant intensity solved by the Discrete Ordinates Method). New boundary conditions are setting for θ² and εe and in a high Reynolds form, like its coupling with temperature condition at the wall. Results of simulation are tested and analysed in a differentially heated square cavity, and the full scale fire tests of Toulon tunnel allow to verify the validity of the model. The case of fire in enclosure is also studied (Steckler case). Computed profiles of mean temperatures and velocities across the square cavity, the tunnel and the room showed good agreement with the experimental data, especially on the stratification effect. Thermal radiation plays an important role in the heat transfer at the walls and in the flow stratification.