Étude numérique d'écoulements turbulents à l'aide de la simulation des grandes structures : application à des écoulements de convection naturelle et mixte dans des cavités fermées ou ouvertes

par Ridouane Ezzouhri

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Patrice Joubert.

Soutenue en 2007

à La Rochelle .

  • Titre traduit

    Numerical study of turbulent flows with large eddy simulation : application to flows of natural and mixed convection in closed or opened cavities


  • Résumé

    La Simulation des Grandes Structures (SGS) a été étudiée lors de cette thèse. L’objectif de ce travail numérique consistait à tester la capacité de quelques modèles de sous-maille et plus particulièrement ceux associés aux approches dynamiques souvent utilisées dans la littérature, à reproduire, d'abord les écoulements de convection naturelle en espaces confinés, avant de passer à des situations plus réalistes faisant appel à des écoulements de type jet en convection forcée ou mixte dans des espaces ventilés, susceptibles d’être rencontrés dans le domaine de l’habitat. En convection naturelle dans une cavité fermée anisotherme, la SGS a permis de reproduire correctement les résultats numériques de référence d’une Simulation Numérique Directe 2D et les comparaisons ont été encore plus proches en 3D. En convection forcée dans une cavité ventilée isotherme équipée d’un soufflage et extraction d’écoulement, la SGS 3D a permis de bien reproduire les résultats expérimentaux de l’Annexe20 de l’Agence Internationale de l’Energie. Les résultats ont été encore améliorés par l’introduction d’une perturbation du jet au soufflage pour modéliser l’intensité turbulente mesurée expérimentalement. En convection mixte dans une cavité ventilée anisotherme équipée d’un soufflage et extraction d’écoulement, avec un plancher chauffé, la SGS 3D montre un très bon accord avec une expérience réalisée au Laboratoire d'Etudes thermiques à Poitiers et reproduit également le comportement singulier de l’écoulement (bifurcation et changement de direction avec phénomène d’hystérésis) détecté expérimentalement. À notre connaissance, aucune étude numérique n’a permis jusqu’à présent une telle comparaison.


  • Résumé

    Large Eddy Simulation (LES) was studied in this thesis. The initial objective of this work consisted in testing the capacity of some subgrid scale models, particularly those associated with the dynamic approaches often used in the literature, to reproduce the flows of natural convection in confined spaces. These models were then tested in more realistic situations which can occur in the habitat involving jet flows of forced or mixed convection in ventilated spaces. For natural convection in a closed non-isotherm cavity, LES reproduces correctly the 2D numerical reference results obtained by a Direct Numerical Simulation (DNS) and the 3D comparisons were better still. For forced convection in an isothermal ventilated cavity equipped with an injection and extraction of flow, the 3D LES reproduces accurately the experimental results of Annex 20 of the International Energy Agency. The results were improved by the introduction of a disturbance to the jet injection to model the intensity of the experimental turbulence. For mixed convection in an non-isothermal ventilated cavity equipped with an injection and extraction of flow, and with a heated bottom wall, the 3D LES showed very good agreement with an experimental study performed by the Laboratory of Thermal Studies in Poitiers and also reproduced the singular behaviour of the flow (bifurcation and change of direction with a phenomenon of hysteresis) detected in experiments. To our knowledge, until now no numerical study has provided such a comparison.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (227 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 211-215

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