Prédiction numérique des fluctuations thermique dans un té de mélange

Abstract

Résumé La problématique associée à ce travail de mémoire concerne la détermination des causes de fatigue thermique dans des conduites hydrauliques. Ce travail porte plus particulièrement sur l’étude d’une zone de mélange orthogonale dans laquelle débouchent deux écoulements à différentes températures et présentant des régimes dynamiques turbulents. Ce type de configuration est utilisé afin de favoriser la baisse de température de l’écoulement (ou l’augmentation de température selon les cas). Pour des valeurs élevées du nombre de Reynolds et des écarts de températures des écoulements en confluence, la charge thermique engendrée par les fluctuations pariétales de température peut entraîner la formation de fissures dans les canalisations. Pour faire face à ce problème, les méthodes de dimensionnement des conduites hydrauliques mettent en évidence la nécessité de connaître la charge thermique imposée sur la paroi sensible. De ce fait, une modélisation numérique a été menée pour une configuration d’un Té de mélange. L’équilibre thermique ne s’effectuant pas instantanément, des fluctuations de température peuvent se développée, et afin de surmonter ce problème on a opté la Simulation des Grande Echelle. Cette étude permit d’obtenir les cartes de fluctuations thermiques au niveau du domaine d’étude. Les résultats numériques obtenus sont confrontés avec ceux de littérature. Enfin, nous avons estimé le risque de faïençage thermique en étudiant les fréquences caractéristiques résultantes de ces fluctuations. Abstract This research work originates from thermal stress issues in hydraulic pipes. It specifically focuses on determination of thermal load created by mixing flows in orthogonal pipe junctions. Such mixing zones are commonly used to cool or heat the main flow. For high Reynolds number values and high difference of temperature of the two flows, thermal load created by strong temperature fluctuations at the wall can initiate and propagate cracks through the pipe. Standards in pipe design pointed out the need in knowing these thermal loads applied at the downstream junction wall. Therefore, numerical modeling was carried out to a configuration of a mixing tee. Thermal equilibrium not carried out instantly, temperature fluctuations can be developed, in order to overcome this problem we opted of large eddy simulation. This study allowed obtaining fluctuations thermal cards in the study domain. The numerical results are compared with those of literature. Finally, we estimated the risk of thermal crazing studying the resulting characteristic frequencies of these fluctuations. ملخص المشكلة المرتبطة بھذه المذكرة ھي تحدید أسباب التعب الحراري في الانابیب الھیدرولیكیة. ویركز ھذا العمل بشكل خاص على دراسة مساحة خلیط ناتج عن تدفق متعامد التقاطع ویستخدم ھذا الشكل لخلط سائلین بدرجة حرارة مختلفة بھدف رفع أو خفض درجة حرارة أحد السائلین عند قیم عالیة لعدد رینولدز والاختلافات في درجة الحرارة عند التقاء التدفقین، یمكن أن السلوك الحراري الناتجة عن التقلبات في درجات الحرارة في الجدار یسبب تشكیل تصدعات في أنابیب. للتعامل مع ھذه المشكلة، وطرق تحدید أبعاد الأنابیب الھیدرولیكیة لتسلیط الضوء على الحاجة إلى معرفة السلوك الحراري المفروض على التوازن الحراري لایكون فوري بل یكون عن تقلبات . Té الجدار. لذلك، أجریت النمذجة العددیة لشكل تقاطع الاختلاط سمحت ھذه الدراسة بالحصول على توزیع . (LES) لحظیة،ومن أجل التغلب على ھذه المشكلة اخترنا محاكاة دوامة كبیرة التقلبات الحراریة في منطقة الدراسة. حیث تم مقارنة النتائج العددیة المتحصل علیھا مع التي موجودة في دراسات السابقة . وفي الأخیر، تم تقدیر التعب الحراري بدراسة الترددات التقلبات الحراریة