Analysis of the flow structure and heat trabsfer enhancement in a rectangular channel with longitudinal vortices

par Mohammad Oneissi

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Thierry Lemenand, Charbel Habchi et de Serge Russeil.

Le jury était composé de Daniel Bougeard, Michel El Hayeck, Hassan Peerhossaini.

Les rapporteurs étaient Christophe Gourdon, Hasna Louahlia-Gualous.

  • Titre traduit

    Analyse des mécanismes d’intensification des transferts de chaleur dans un canal rectangulaire avec des tourbillons longitudinaux


  • Résumé

    Ce travail de thèse repose sur la conception et l’étude d’un nouveau générateur de vorticité (VG) permettant d’améliorer le transfert de chaleur dans des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes. Un examen détaillé des techniques d'amélioration du transfert de chaleur est présenté, elles se divisent en trois catégories : les techniques passive, active et combinées. Les techniques passives sont plus couramment utilisées dans les échangeurs de chaleur car elles sont caractérisées par une meilleure efficacité, économie, facilité de fabrication et faible maintenance. Parmi les techniques passives, les générateurs de vorticité créent des écoulements secondaires, cassent la croissance de la couche limite et créent des écoulements tourbillonnants qui améliorent l'échange entre les parois et le fluide, intensifiant ainsi le transfert de chaleur. Cette étude basée sur l’analyse des mécanismes d’intensification, a permis de mettre en évidence une nouvelle conception de configuration pour des générateurs de tourbillons longitudinaux avec pour résultats une diminution des pertes de charges principalement causées par le générateur de vorticité et le maintien de tourbillons multi-échelles intenses qui améliorent les performances de transfert de chaleur et de mélange.


  • Résumé

    The objective of this PhD thesis is to investigate and design a new vortex generator (VG) for enhancing heat transfer in parallel plate-fin heat exchangers. Detailed overview about heat transfer enhancement techniques was presented in a literature review, which are divided into three categories: passive, active and compound techniques. Passive techniques are more commonly used in heat exchangers since they are characterized by their efficiency, economy, ease of manufacturing and lower maintenance efforts. Vortex generators are one of the passive techniques that create secondary flows, disrupt the growth of the boundary layer and create swirling flows that enhance exchange between the walls and the core fluid, thus improving heat transfer. Finally, based on the analysis of the thermal enhancement mechanisms, a novel configuration for longitudinal vortex generators in common flow up was identified. It relies on decreasing the pressure drop across the channel mainly caused by the vortex generators while maintaining high intensity of multiscaled vortices that enhance the heat transfer and mixing performances.


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