Comportement hydrodynamique et thermique d’une géométrie chaotique

Abstract

Résumé Des simulations 3D sont menées pour l’investigation des caractéristiques hydrodynamique et thermique d'une géométrie chaotique en utilisant le code CFD commercial Fluent. L’investigation porte sur le transfert de chaleur et les pertes de charge pour des nombre de Reynolds allant de 50 à 1500. La création de la géométrie et son maillage est effectué par le logiciel Gambit. Des simulations préliminaires utilisant le modèle laminaire sont effectuées pour identifier le nombre de Reynolds caractérisant la transition du régime d’écoulement. L’hydrodynamique et le transfert de chaleur dans la géométrie chaotique est simulé et les résultats comparés pour les deux régimes d’écoulement laminaire et turbulent (modèle k-e standard), à l’état stationnaire pour calculer la perte de charge, les champs de vitesses et de températures. La validation du modèle est effectuée par comparaison des résultats de simulation pour le nombre de Nusselt et le nombre de Poiseuille aux données disponibles dans la littérature. Les simulations ont montré clairement la contribution des écoulements secondaires (tourbillons) à l’intensification du transfert de chaleur par comparaison à un tube droit, ainsi que l’apparition prématurée de la transition du régime d’écoulement. L’augmentation des pertes de charge demeure l’inconvénient majeur des géométries chaotiques. Cet inconvénient est tout de même contournable à travers une optimisation de la forme géométrique et un choix judicieux des conditions de travail Abstract Three-dimensional simulations are carried out to investigate heat transfer and fluid flow characteristics of a chaotic geometry using Fluent, a commercial CFD code. Heat transfer and pressure drop are investigated for Reynolds numbers ranging from 50 to 1500. Model geometry is created and meshed using Gambit software. Preliminary simulations using laminar flow model are carried out to identify the transition Reynolds number. Fluid flow and heat transfer are simulated and results compared using both laminar and turbulent flow models (standard k-e model), with steady-state solvers to calculate pressure drop, flow and temperature fields. Model validation is carried out by comparing the simulation results for Nusselt and Poiseuille numbers against data from literature. The simulations highlighted clearly the contribution of secondary flows (vortices) to the enhancement of heat transfer comparing to the straight pipe, as well as the earlier occurrence of the transitional flow regime. The increase in the head losses remains the main drawback of the chaotic geometries. This disadvantage is avoidable through an optimization of the geometrical arrangement and an adequate choice of the operating conditions. . ملخص : تم إجراء عمليات محاكاة ثلاثية الابعاد من اجل دراسة الخصائص الذيدروديناميكية والحرارية لقناة عشوائية الشكل باستخدام البرنامج التجاري Fluent . تركز الدراسة على انتقال الحرارة ا ونخفاض الضغط لعدد رينولدز يتراوح ما بين 05 و 0055 . تم إنشاء المجسم الذندسي و شبكة المحاكاة بواسطة البرنامج ' غامبيت .' تم تنفيذ محاكاة أولية باستخدام النموذج الصفحي لتحديد عدد رينولدز الانتقالي. وقمنا من خلال هذه الدراسة بمحاكاة الانتقال الحراري و الذيدروناميكا في القناة العشوائية الشكل و مقارنة النتائج لكلا الحملين الصفحي و الدضطرب في حالة الاستقرار من اجل حساب هبوط الضغط، و التعرف على الحقل الذيدروديناميكي و الحراري . كما تم التحقق من صحة النموذج العددي الدقترح من خلال مقارنة نتائج المحاكاة لعدد ينسلت وعدد بوازوي مع البيانات الدتاحة في الدراجع الدتوفرة . وأظهرت عمليات المحاكاة بوضوح مساهمة التدفقات الثانوية )الدوامات( في تكثيف الانتقال الحراري بالدقارنة مع الأنبوب الدستقيم،و الظهور الدبكر لعدد رينولدز الانتقالي. من ضمن النقائص التي تحسب على القنوات العش وائية الشكل هو استهلاكها الكبير للطاقة اللازمة لضخ الدوائع. يبقى ان نقول ان التقليل من هذه النقائص ممكن من خلال مراجعة تعقيدات الشكل الذندسي للقناة واختيار دقيق لظروف العمل.