Thèse soutenue

Optimisation topologique des transferts de masse et de chaleur en écoulement bi-fluide laminaire : application aux échangeurs de chaleur
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Auteur / Autrice : Rony Tawk
Direction : Dominique Marchio
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique et Procédés
Date : Soutenance le 19/06/2018
Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Efficacité Énergétique des Systèmes. Paris
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
Jury : Président / Présidente : Frédéric Plourde
Examinateurs / Examinatrices : Dominique Marchio, Marie-Christine Duluc, Yannick Privat
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Plourde, Alicia Kim

Résumé

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Les échangeurs de chaleur sont des dispositifs largement utilisés dans divers systèmes énergétiques. Les présents travaux de recherche s’intéressent à la conception des échangeurs bi-fluides monophasiques par des méthodes d’optimisation topologique. A la différence des méthodes conventionnelles d’optimisation de taille et de forme, ces méthodes permettent une liberté de conception plus grande et ne nécessitent aucune définition a priori de la géométrie de l’échangeur. L’optimisation topologique bi-fluide consiste donc à réorganiser librement deux fluides et un solide dans un domaine d’optimisation. Les deux fluides doivent connecter les zones d’entrée aux zones de sortie en évitant tout mélange entre fluides. Dans le cadre de cette thèse, la méthode SIMP « Solid Isotropic Material with Penalization » a été utilisée. Divers algorithmes constituant cette méthode ont été formulés et testés : la méthode des volumes finis a été choisie pour la résolution du problème direct, la méthode des adjoints discrets pour le calcul du gradient de la fonction objectif et enfin la méthode des asymptotes mobiles pour guider l’optimisation numérique. Les résultats des simulations ont permis de définir différentes formes d’échangeurs de chaleur en 2D. On a fait varier le nombre d’entrées et de sorties ainsi que les débits de chaque fluide. Les travaux montrent la capacité de cette méthode à concevoir des formes innovantes d’échangeur de chaleur. La thèse établit ainsi les bases d’une nouvelle méthode de conception des échangeurs de chaleur.