Simulations numériques d'écoulements anisothermes turbulents : application à la cavité ventilée

Turbulent anisothermal flows : application to the ventilated cavity

• Auteur / Autrice : Mohamed Sabeur Binous
• Direction : Belkacem Zeghmati, Hedi Hassis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/10/2017
• Etablissement(s) : Perpignan en cotutelle avec Université de Tunis (1958-1988)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Modélisation pluridisciplinaire et simulations (Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Oualid Limam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Oualid Limam, Mohamed Haddar, Olivier Vauquelin, Stéphane Abide, Georges Le Palec, Nejla Mahjoub Saïd
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mohamed Haddar, Olivier Vauquelin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Turbulence

Chaleur -- Convection

Simulation des grandes échelles

Mots clés libres

Modélisation

Simulation numérique directe

Simulation des grandes échelles

Schémas compacts

Convection mixte turbulente

Modeling

Direct numerical simulation

Large scale simulation

Compact scheme

Turbulent mixed convection

Résumé

Ce travail concerne une étude numérique d’écoulements incompressiblesanisothermes dans une cavité. Dans un premier temps, nous procédons à une modélisation destransferts de chaleur dans une paroi dont l’une de ses faces est recouverte d’une couche dematériau à changement de phase (MCP) de faible épaisseur. Cette modélisation est basée surune condition aux limites de type Signorini. Les équations de transfert sont résolues par uneprocédure itérative spécifique. Cette procédure est ensuite appliquée aux transferts dans unecavité différentiellement chauffée dont l’une des parois est recouverte d’une couche de MCPde faible épaisseur. Les équations qui régissent les transferts d’air sont résolues par uneméthode semi-implicite aux différences finies de second ordre et l’algorithme de projection.Nous validons la procédure en l’appliquant à la cavité entrainée, la marche descendante,l’écoulement autour d’un barreau de section carrée et la convection naturelle dans une cavitédifférentiellement chauffée. Dans un deuxième temps, une étude d’écoulements turbulentsincompressibles dans une cavité ventilée a été effectuée en utilisant un solveur de hauteprécision parallèle développée au LAMPS. Les équations de transfert sont résolues par unschéma compact aux différences finies et l’algorithme de projection. Il est montré notammentque le flux de chaleur appliqué à la paroi inférieure de la cavité influence considérablement lastructure de l’écoulement et les transferts de chaleur ainsi que les champs moyens etfluctuants de la vitesse et de la température.

The aim of this work is about a numerical study of anisothermal incompressible flowsconfined in a cavity. We perform a modeling of heat transfer in a wall where one of its faces iscovered with a thin layer of phase change material (PCM). This modeling is based on aSignorini boundary condition. The transfer equations are solved by a specific iterativeprocedure. This procedure is then applied to a differentially heated cavity, one of the walls ofwhich is covered with a thin layer of PCM. The transfer equations are solved by a semi-implicit method with finite second order differences and the projection algorithm. We validatethe procedure by applying it to the lid-driven cavity, downward motion, flow around a squaresection bar and natural convection in a differentially heated cavity. In a second step, the studyof incompressible turbulent flows in a ventilated cavity was carried out using a parallel highprecision solver developed at LAMPS. The transfer equations are solved by a finite differencecompact scheme and the projection algorithm. It is shown in particular that the heat flowapplied to the lower wall of the cavity greatly influences the structure of the flow and the heattransfers, as well as the mean and fluctuating fields of velocity and temperature.