Auto-adapting vortex generator for smart heat exchanges

Génération auto-adaptative de vorticité pour des échangeurs de chaleur intelligents

• Auteur / Autrice : Assadour Khanjian
• Direction : Thierry Lemenand, Serge Russeil, Charbel Habchi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 07/06/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315)
• Jury : Président / Présidente : Maxime Pontié
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Ould El Moctar, Daniel Bougeard, Monica Siroux, Didier Saury
• DOI : 10.70675/1b270b7fz7d86z4486z86bfz8775ac43fa58

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ressources énergétiques -- Recherche

Tourbillons (mécanique des fluides)

Transfert de chaleur

Mots clés libres

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Résumé

Cette étude repose sur différentes géométries de générateurs de vortex (VG) placées dans un canal rectangulaire. Un calcul numérique du transfert de chaleur par convection laminaire est pris en compte pour les cas VG statiques, et les cas turbulents sont étudiés pour les VG auto-adaptifs ; leur effet sur l'amélioration thermique du système est analysé. Dans la première partie, deux géométries différentes de VG statique sont étudiées. Tout d'abord, un canal rectangulaire équipé d'un générateur de vortex à ailettes rectangulaires situé sur la paroi inférieure du canal est pris en compte. Différentes valeurs d'angle de roulis β comprises entre 20° et 90° sont prises en compte, tout en maintenant un angle d'attaque constant (α=30°). Une seconde géométrie est prise en compte : une aile rectangulaire VG placée dans un écoulement entre des plaques parallèles avec différentes valeurs d’angles d’attaque [10°–30°]. Le nombre de Nusselt et le facteur de friction sont étudiés localement et globalement. Ensuite, un VG contrôlé par la pression est proposé et l'interaction fluide-solide (FSI) est prise en compte : l'angle d'attaque du VG s’auto-adapte en fonction de la valeur de la vitesse d'entrée. Le nombre de Nusselt, le facteur de friction et le facteur d'amélioration thermique sont étudiés pour un régime d'écoulement turbulent. En parallèle, une étude expérimentale est réalisée pour une comparaison et une validation des résultats numériques obtenus.

This study consists of different geometries of vortex generators (VG) placed in a rectangular channel. A numerical computation of laminar convection heat transfer is taken into consideration for static VG cases, and turbulent convection for the pressure driven VG, and their effect on the thermal enhancement of the system is analyzed. In the first part, two different geometries of static VG are studied. First, a rectangular channel equipped with a rectangular winglet pair vortex generator located on the bottom wall of the channel, is taken into consideration. Different values of roll angle in the range [20°–90°] are considered, while maintaining a constant angle of attack equal to 30°. A second geometry is taken into consideration: a rectangular wing VG placed in a parallel plate flow with different values of attack angles [10°–30°]. Nusselt number and friction factor are studied on local and global perspectives. Then, a pressure driven VG is proposed and a computational design is set where the Fluid Structure Interaction (FSI) is taken into consideration: the angle of attack of the VG is auto adapted by the value of the inlet velocity. Nusselt number, friction factor and the thermal enhancement factor are studied for a turbulent flow regime. In parallel, an experimental study is done for a comparison and a validation of the numerical results obtained