Thèse soutenue

Simulation et modélisation des transferts thermiques au sein des écoulements turbulents diphasiques à bulles
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Auteur / Autrice : Aymeric Sonolet
Direction : Adrien Toutant
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 15/03/2023
Etablissement(s) : Perpignan
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan) - Service de thermo-hydraulique et de mécanique des fluides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Olivier Simonin
Examinateurs / Examinatrices : Élise Alméras, Guillaume Bois
Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Medale, Daniel Fuster

Résumé

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Cette thèse se compose de deux parties. La première s'intéresse à la modélisation des transferts de chaleur dans les écoulements à bulles sans variations de propriétés thermiques. Le code TrioIJK est employé pour simuler ces écoulements grâce à la méthode de suivi d'interface, la formulation monofluide et des schémas volumes finis. Des simulations de canaux monophasiques et diphasiques sont présentées pour montrer la capacité du code à décrire la température dans les écoulements turbulents. Les résultats permettent de valider le code et d'obtenir de nouvelles informations sur les transferts thermiques en fonction du nombre de Prandtl liquide. Enfin, une étude de convergence en maillage sur un essaim homogène de bulles pour différents nombres de Reynolds de bulles (avec un taux de vide de 6%) donne des corrélations des transferts thermiques aux interfaces dans les essaims. Les corrélations sont similaires à celles obtenues pour des bulles individuelles, mais une intensification des transferts d'environ 10% est observée pour des nombres de Prandtl proches de l'unité.Dans une seconde partie, une recherche de formulation numérique fiable pour la simulation d'écoulements avec saut de propriétés thermiques est menée. Le code 1D léger et souple FluidDyn est développé en Python. Il sert à développer et valider de nouveaux schémas de convection-diffusion pour des écoulements à bulles. Plusieurs études sont menées dans un casdiphasique 1D avec des sauts de propriétés et permettent de dégager une nouvelle formulation conservative unidimensionnelle. Cette formulation est finalement adaptée au cas tri-dimensionnel, demandant notamment un certain nombre de calculs d'intersections de géométries et d'interpolations, spécifiques au suivi d'interface. Ces développementsgéométriques permettent aussi l'analyse des champs interpolés aux interfaces dans le cadre de la formulation monofluide en température, indispensable pour la prise de statistiques interfaciales nécessaire à l'obtention des corrélations en essaim.