RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE OUARGLA FACULTÉ DES SCIENCES APPLIQUE DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE Mémoire Présenté pour robtention du diplôme de Master Spécialité : Génie Mécanique Option : Energétique Thème SIMULATION NUMER CONDUCTIONCONVE Sni* to View Présentée par . LIMANE Badreddine soutenu le 09/06/2014 Devant le Jury : Président : BELAKROUM. R Université Kasdi Merbah – Ouargla Examinateur : CHERRAD. N MA. (A) INTE FERMÉE Introduction 12. Mécanismes du transfert de chaleur . . 1 . Transfert de chaleur par conduction 1. 2. 2. Transfert de chaleur par convectlon 1. 2. 2. 1. Convection naturelle 1. 2. 2. 2. Convection forcée 1. 2. 3. Transfert de chaleur par rayonnement 1. 3. Transfert de chaleur conjuguée (Conduction-Convection) 1. 4. Domaines d’applications de la convection naturelle 1. 5. La convection dans les enceintes 1. 5. 1 . Enceinte avec gradient vertical de température 1. 5. 2. Enceinte avec gradient horizontal de température 1,6. Revue bibliographique 1. 7. Conclusion 04 05 06 07 08 09 Chapitre Il Modèle Physique et Formulation Mathématique 1. . Description du problème 11. 3. Équations générales en ré ‘me laminaire 11. 3. 1. Equation de continu- PAGF OF 11. 10. Conclusion 17 8 18 19 9 20 21 Chapitre Ill Méthodes Numériques et Présentation du Code de Calcul Fluent 111. 1. Introduction 111. 2. Rappel sur la méthode numérique Méthodes des différences finies 111. 2. 2. Méthodes des éléments finis 111. 2. 3. Méthodes des volumes finis 111. 3. Principe de la méthode des volumes finis 111. 4. Etapes de résolution par la méthode des volumes finis 111. 4. 1. Maillage 111. 4. 2. La discrétisation 11. . 2. 1. Intégration du flux total 111. 4. 2. 2. Intégration de terme source 111*5. Présentation du code de calcul 111. 5. 1. Préprocesseur « Gambit » 111. 5. 2. Solveur ‘Fluent » 111. 5. 2. 1. Transfert de chale PAGF 3 OF en Fluent Fig. (1,4) : Fig• (1. 5) : (11. 1): Fig. (11. 2) : (111. 1): Fig. (111. 2) : (Ill . 3) : (111. 4) • (Ill. 5) : (Ill. 6) : (111. 7) • (Ill . 8) : Fig. (111. 9) • (Ill. 10) : Fig. (IV_I) : (IV. 2) : (IV. 3) : (IVA) : (IV. 5) : (IV. 6) : (IV. 7) : Fig. (IV. 8) • (IV. 9) : Fig. (IV. IO) : (IV. 1 1) : (IV. 12) : (IV. 13): (IV. 14) :
Répartition de la température dans une plaque d’épaisseur (dx) Schéma du transfert de chaleur par convection Schémas théorique des transferts de chaleur conjugués : interactions thermiques fluide/solide Schéma représentant la confi ration de la convection de Rayleigh – Lignes isothermes (K) : Kr — 1 Lignes isothermes (K) : Kr = 10 Variation de la température de l’interface solide-liquide : Ra = 107 Variation de la température de l’interface solide-liquide : Ra=107 Variation du nombre de Nusselt moyen avec le nombre de Rayleigh Ra 13 25 26 28 30 31 32 33 34 35 37 38 39 46 47 PAGF s OF
Coefficient de diffusion Viscosité dynamique (kg . m-l . s•l) Viscosité cinématique (m2. s-1 ) Variable dépendante générale p Masse volumique (kg . m-3) Température adimensionnelle Indices Inférieurs ième et jème composantes Évalué sur la face correspondante du volume de contrôle entourant le point p 6 OF nombres de Rayleigh, variant de 500 à 107 et des valeurs du rapport de la conductivité thermique égales ? 0. 1, I et 10.
La solution numérlque des équations de continuité, de quantité de mouvement et d’énergie a permis de déterminer les grandeurs caractéristiques u fluide, à savoir : les deux composantes de la vitesse, la pression et la température en chaque point de la cavité étudiée. Le contenu de cette étude est constitué de quatre chapitres. Ce mémoire débute par une introduction générale sur le transfert thermique, son importance et leur application, en présentant l’objectif essentiel du présent travail.
Le premier chapitre est consacré à des généralités sur le transfert de chaleur et leurs formes, la convection naturelle dans les enceintes et leurs applications. Une revue bibliographique sur la convection naturelle dans les cavités. Le deuxième chapitre traite la modélisation mathématique du phénomène à étudier en exprimant le phénomène physique sous forme d’équations mathématiques, à savoir l’équation du transfert de chaleur par conduction, l’équation de continuité, les équations de quantité de mouvement et l’équation d’énergie.
Introduction Générale Le troisième chapitre s’intéresse à la description de la méthode des volumes finis, ainsi que la discrétisation numé ation générale de PAGF 7 OF Généralités et Recherche Bibliographique Chapitre : Généralités et Recherche Bibliographique l. 1. Introduction Le transfert de chaleur est une science, qui étudie la façon de propagation thermique d’une région à une autre, sous Hinfluence d’une différence de température. Elle a subit une étude intensive pour satisfaire les exigences des autres technologies nucléaires, solaires… etc.
Le transfert thermique a lieu sous trois formes : Conduction, Convection et Radlation, avec le transfert conjuguée. Ce mode d’échange s’applique à un milieu immobile, c’est à dire dans la pratique, à des milieux solides. La convection, liée au mouvement de fluides ? l’échelle macroscopique, est un ode de transfert plus rapide que la conduction. C’est pourquoi même si la conduction existe aussi dans les fluides, on de s’intéressera à ce phénomène que dans les seuls cas où le mouvement du fluide est impossible (couche limite au voisinage d’un corps solide, fluide enfermé dans les petits pores d’un solide, etc. ). 1] Loi de Fourier Considérons une plaque solide d’épaisseur dx d’aire A, figure (1. 1). Une différence de température dT = + dx) — T(x) entre les deux faces de la plaque entraînera un courant de chaleur (ou puissance thermique, quantité de chaleur transporté ar unité de temps dQ/d t exprime en (J/s W) ) de la face la lus chaud vers la face plus froide. Cette puissance Généralités et Recherche Bibliographique Le signe (- ) vient du fait que la chaleur va s’écoule dans le sens contraire du gradient de température (dans la figure ) vers la droite, tandis que le gradient de température, négatif, est orienté vers la gauche).
Le facteur est une propriété intrinsèque de la matière décrivant son aptitude à conduire la chaleur, et il appelé conductivité thermique. La conductibilité thermique s’exprime en(Wrn C 1. 2. 2. Transfert de chaleur par convection C’est le transfert de chaleur entre un solide et un fluide, l’énergie étant transmise par déplacement du fluide. Ce mécanisme de transfert est régi par la loi de Newton. [2] Fig. (1. 2) : Schéma du transfert de chaleur par convection. T) Avec : Flux de chaleur transmis par convection w flottabilité, qui par conséquent crée une différence de quantité de mouvement. [3] La convection forcée dans laquelle le mouvement de fluide est provoqué par l’action des forces extérieures (par exemple pompe, ventilateur… etc. ), qui lui imprime des vitesses de éplacement assez importantes. En conséquence, l’intensité du transfert thermique par convection forcée sera en liaison directe avec le régime de mouvement du fluide. 3] Le rayonnement thermique est un phénomène se caractérisant par un échange d’énergie électromagnétique, sans que le milieu intermédiaire ne participe nécessairement à cet échange. Par exemple, le rayonnement solaire est capable d’échauffer la terre bien que le milieu traverse soit à une température plus basse que la terre. [4] perelman fut le premier à imputer l’expression de transferts de haleur conjugués (ou conjugate heat transfer) aux études couplant les phénomènes de convection et de conduction thermique.
L’investigation de tels problèmes implique une résolution d’un système composé des équations du fluide et du solide, avec respect de leurs conditions limites respectives (Figure 1. 3). L’interface des différents milieux est une limite privilégiée car la continuité de la température et l’égalité des flux doivent être respectée. Soit T la température dinterface et -un vecteur sortant et normal à la surface d’un milieu, la condition d’interface s’écrit : [5]
