Simulation des grandes échelles d'écoulements turbulents compressibles en conduit courbe chauffé

par Cécile Münch

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides et transferts

Sous la direction de Olivier Métais.

Soutenue en 2005

à Grenoble, INPG .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Les caractéristiques de l'écoulement turbulent et les transferts thermiques se développant dans un conduit chauffé sont étudiés à l'aide de la technique de Simulation des Grandes Echelles (SGE). Les canaux de refroidissement placés dans les parois des moteurs de fusée constituent l'une des applications industrielles. Nous considérons une géométrie simplifiée consistant en un conduit courbe de section rectangulaire. Les équations de Navier-Stokes instationnaires filtrées sont résolues par un schéma numérique compact, prédicteur-correcteur, d'ordre deux en temps et quatre en espace. Le modèle sous maille utilisé est celui de la fonction de structure sélective. Les résultats obtenus mettent en évidence le développement d'un écoulement secondaire intense lié au gradient de pression radial apparaissant dans la partie courbe. Ces flux secondaires s'organisent sous la forme de deux cellules contra-rotatives quasi-stationnaires de type Ekman près de la paroi convexe. Sur la paroi concave, il apparaît des tourbillons instationnaires de type Görtler. Cet écoulement complexe est caractérisé par des phénomènes de balayage et d'éjection directement corrélés aux transferts de chaleur entre le fluide et les parois courbes chauffées. Ceci provoque de fortes variations transverses du nombre de Nusselt qui pourraient conduire à une dégradation de la paroi chaude. Nous évaluons l'influence des paramètres géométriques et physiques sur l'écoulement ainsi que sur les transferts thermiques et nous proposons une solution pour homogénéiser les échanges de chaleur par contrôle passif.


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  • Titre traduit

    Large eddy simulation of turbulent compressible flow in heated curved duct.


  • Résumé

    The characteristics of the turbulent flow and the heat transfers which develop in a heated duct are studied through the Large Eddy Simulation (LES) technics. The cooling channels of the rocket engines constitute one of the industrial applications. We here consider a simplified geometry consisting of a curved duct of rectangular cross section. The unsteady filtered Navier-Stokes equations are solved by means of a compact numerical scheme, predictor-corrector, second order in time, fourth in space. The subgrid scale model used is the selective structure function model. The results bring to light the development of a strong secondary flow linked with the radial pressure gradient which develops in the curved part. This secondary flow takes the shape of two counter rotating cells of Ekman type close to the convex wall. Close to the concave wall, unsteady vortices of Görtler type arise. This complex flow is thus characterised by sweeps and ejections directly linked with the heat transfer between the flow and the heated curved walls. The Nusselt number undergoes strong transverse variations which might yield material alterations of the heated wall. We evaluate the influence of the geometrical and physical parameters on the flow and the heat exchanges before proposing a solution to homogenize the heat transfers by means of passive control.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (viii-137p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 131-136

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/INPG/0105
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/INPG/0105/D
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