Modélisation des systèmes techniques dans le domaine des équipements des bâtiments à l'aide des codes de type CFD

par Catalin Ioan Teodosiu

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Gilles Rusaouen.


  • Résumé

    Nous constatons ces dernières années un intérêt croissant pour les problèmes liés au confort thermique et à la qualité de l'air intérieur. Ceci se traduit dans la thermo-aéraulique du bâtiment par la nécessité d'une représentation très fine des champs dynamique et thermique établis à l'intérieur d'un local. Une approche capable de répondre à ces demandes réside dans la méthode basée sur les codes de type CFD (Computational Fluid Dynamics). Ainsi, notre travail se propose de contribuer à l'amélioration des modèles CFD tridimensionnels concernant l'écoulement de l'air dans les pièces ventilées ou chauffées. La première partie de notre étude est consacrée à une représentation du principe de la méthode et à ses éléments fondamentaux (modélisation d'un écoulement turbulent, discrétisation du domaine de calcul, résolution numérique, etc. ). Cette synthèse nous permet de sélectionner les approches les plus appropriées pour les écoulements habituellement rencontrés à l'intérieur des bâtiments. Ensuite, nous appliquons les méthodes retenues (à l'aide du code Fluent) au sein des modèle qui traitent la simulation des systèmes techniques dans le domaine des équipements des bâtiments. Un premier modèle est réservé à l'étude d'un système de ventilation par mélange tandis que les deux autres concernent des locaux chauffés soit par des radiateurs (à eau chaude), soit par des sources de chaleur linéaires électriques. Le support par ces trois modèles est constitué par des données expérimentales issues des études antérieures effectuées au sein du laboratoire CETHIL (Equipe Thermique du Bâtiment) sur des cellules d'essais en vraie grandeur. Les comparaison expérimental - numérique réalisées montrent un bon accord au niveau de la thermo-aéraulique du volume d'air intérieur. Par contre, concernant les échanges thermiques à travers les parois, les confrontations expérimental - numérique présentent parfois des écarts relativement importants. Ce dernier fait impose une révision du modèle pariétal du point de vue numérique mais aussi bien du point de vue expérimental. Enfin, nous proposons dans la partie finale de notre travail une analyse de sensibilité et d'incertitude associée aux modèles conçus auparavant

  • Titre traduit

    = CFD Modelling of Building Equipments


  • Résumé

    We notice those last years more and more interest on the problems dealing with thermal comfort and indoor air quality. This is translated in the field of building physics by the need of a very detailed representation of the dynamic and thermal fields established in an enclosure. However, an approach able to answer these requests lies in the method based on the codes of the type CFD (Computational Fluid Dynamics). As a result, the aim of our work is to contribute to the improvement of three-dimensional CFD models concerning the airflow within ventilated or heated enclosures. The first part of our study is devoted to a presentation of the method principle and to its fundamental elements (turbulent flow modeling, discretisation, numerical resolution, etc. ). This allows us to decide on the most appropriate approaches for airflows usually occurred within the rooms. We apply the methods adopted (by means of the fluent code) within the models involved in the simulation of the technical systems in the field of building equipment. Therefore, a first model studies a mixing ventilation system while the two others relate to heated rooms, either by radiators (hot water), or by electrical linear beat sources. Experimental data, resulting from former studies carried out within CETHIL laboratory (Equipe Thermique du Bâtiment) on full-scale test cells, consist the support for these three models. Experimental - numerical comparisons show a good agreement concerning the indoor air dynamic and thermal fields. On the other hand, the same comparisons reveal sometimes relatively significant discrepancies on heat transfer to walls. This last fact imposes a correction of both parietal models: experimental and numerical. Finally, we present in the last part of our work an analysis of sensitivity and uncertainty associated with the models previously mentioned.

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Informations

  • Détails : 355 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 297-308

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