Thèse soutenue

Influence des transferts radiatifs sur les écoulements de convection naturelle en régime turbulent, dans des ambiances habitables

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Auteur / Autrice : Maxime Delort-Laval
Direction : Anouar SoufianiLaurent SoucassePhilippe Rivière
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique
Date : Soutenance le 05/07/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
référent : CentraleSupélec
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Boulet, Anne Sergent, Shihe Xin, Samira Kherrouf, Didier Saury
Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Boulet, Anne Sergent

Résumé

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L'influence des transfert radiatifs sur les écoulements de convection naturelle turbulents est ici étudiée au moyen de simulations numériques. Dans un premier temps, la cavité cubique de Rayleigh-Bénard, configuration académique classique, est considérée. Des simulations numériques directes (DNS) pour des nombres de Rayleigh compris entre 1E3 et 1E9 sont entreprises au moyen d'une méthode spectrale de collocation pour résoudre la convection, couplée à une méthode de lancer de rayon pour les transferts radiatifs, utilisant le modèle ADF qui permet de tenir compte précisément des propriétés radiatives de gaz réels (en l'occurrence un mélange air/CO2/H2O). Un modèle de sous-maille radiative est également utilisé pour les plus hauts nombres de Rayleigh, afin de limiter le coût de résolution numérique du rayonnement.Le rayonnement a pour effet de retarder l'apparition du régime convectif aux bas nombres de Rayleigh, et d'augmenter l'énergie cinétique et le flux convectif une fois celui-ci établi. La taille de la cavité joue également un rôle important et accroît notablement les effets des transferts radiatifs, qui ont en outre une influence sur la structure de la circulation des grandes échelles dans la cavité et modifient son évolution avec le nombre de Rayleigh.Pour l'étude des plus hauts nombres de Rayleigh, le modèle de simulation aux grandes échelles Spectral Vanishing Viscosity (SVV) est implémenté et validé grâce aux résultats obtenus en DNS. L'utilisation de ce modèle permet de réaliser des simulations à Ra = 1E10.Des simulations sont ensuite entreprises à Ra = 1E9 pour des conditions de chauffage et refroidissement localisées sur des demi parois verticales de la cavité. Deux cas sont envisagés : la source chaude directement sous la source froide, ou alors positionnée sur la paroi opposée. Dans les deux cas, la prise en compte du rayonnement modifie considérablement la structure de l'écoulement, en augmentant la convection, et diminue fortement la stratification thermique.