Numerical Study of Natural Convection Coupled to Gas Radiation in a Cavity Containing an Active Obstacle

par Xuan Bach Nguyen Le (Nguyen)

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Denis Lemonnier.

Le président du jury était Didier Saury.

Le jury était composé de Vladimir Solovjov, Siham Laouar-Meftah.

Les rapporteurs étaient Abderramane Bairi, Patrice Joubert.

  • Titre traduit

    Étude numérique de la convection naturelle couplée au rayonnement gazeux dans une cavité contenant un obstacle actif


  • Résumé

    Notre objectif est d’étudier numériquement des écoulements de convection naturelle en milieu confiné, le fluide étant un mélange gazeux incluant des composants absorbants (CO2, H2O). On considère pour cela une cavité cubique avec une source localisée sur le plancher chauffant le fluide et diffusant un polluant participant au rayonnement. Nos calculs sont réalisés avec le code CFD Code Saturne, dans lequel nous avons implanté nos propres données pour la méthode des ordonnées discrètes(nouvelles quadratures) et pour modéliser le rayonnement des gaz (méthode SLWdans l’approche « rank-correlated »). En convection naturelle thermique pure les résultats montrent que le rayonnement du gaz modifie légèrement la structure de l’écoulement et la distribution de température. Il réduit les échanges convectifs entre le fluide et les parois de l’enceinte ainsi que l’échange radiatif entre la surface supérieure de l’obstacle et celles de la cavité. En double-diffusion, dans le cas aidant,le rayonnement du gaz tend à homogénéiser le champ thermique, accélère légèrement les couches limites pariétales, mais réduit la vitesse maximale à l’intérieur du panache. Par contre, il affecte peu le champ de concentration. Dans le cas opposant,le rayonnement intensifie le panache thermique qui se développe au-dessus de l’obstacle. Il réduit la température dans les régions proches des surfaces verticales de l’obstacle. Le champ de concentration montre les mêmes tendances d’altération que le champ thermique.


  • Résumé

    Our objective is to study numerically natural convection flows in an enclosure,the fluid being a gaseous mixture including absorbent components (CO2, H2O). For this purpose, we consider a cubic cavity with a source located on the floor, heating the fluid and diffusing a pollutant participating to radiation. Our calculations are performed with the CFD software Code Saturne, in which we have implemented our own data for the discrete ordinates method (new quadratures) and for modelling gas radiation (SLW method in the rank-correlated approach). In pure thermal natural convection, the results show that gas radiation slightly changes the flow structure and the temperature distribution. It reduces the convective exchanges between the fluid and the walls of the enclosure as well as the radiative exchange between the upper surface of the obstacle and the cavity boundaries. In double diffusion, in the aiding case, gas radiation tends to homogenize the thermal field and slightly accelerates the parietal boundary layers, but reduces the maximum velocity within the plume. On the other hand, it has little effect on the concentration field. In the opposing case, the radiation intensifies the thermal plume above the obstacle. It reduces the temperature in regions close to the vertical surfaces of the obstacle. The concentration field shows the same modification trends as the thermal field.


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