Développement de méthode d'optimisation topologique adaptée aux écoulements en régime turbulent : application au cas des échangeurs de chaleur

par Mohamed Amine Rebei

Thèse de doctorat en Energétique et génie des procédés

Sous la direction de Dominique Marchio.

Le président du jury était Yannick Privat.

Le jury était composé de Dominique Marchio, Marie-Christine Duluc, Ephraïm Toubiana, Maroun Nemer.

Les rapporteurs étaient Jean-Luc Harion, Frédéric Plourde.


  • Résumé

    L'optimisation topologique est utilisée en mécanique des fluides afin de calculer la géométrie optimale des conduites de fluide par rapport à des fonctions objectif et des contraintes, tout en offrant plus de liberté que les méthodes d'optimisation de forme. Ce travail apporte une solution à ce problème d’optimisation en tenant compte de la turbulence et du transfert thermique. Pour ce faire, le modèle de turbulence est modifié. Le problème de topologie est implémenté comme suit. La méthode de la densité est utilisée pour définir la distribution solide / fluide. Le modèle de turbulence et d'énergie est appliqué avec des modifications pour prendre en compte la densité. Le gradient est défini à l'aide de la méthode de l’adjoint continu qui crée un ensemble d'équations adjointes à résoudre. Au final, la solution optimisée nous permet de combiner la turbulence avec un échange thermique par convection et par conduction. Nous présentons et appliquons la méthode. Une analyse des résultats est ensuite fournie afin d'expliquer les effets de la nouvelle formulation sur les géométries optimisées.

  • Titre traduit

    Development of topological optimization methods adapted to turbulent flow : application to the case of heat exchangers


  • Résumé

    Topology optimization is used in fluid mechanics in order to compute optimal geometry for fluid conduits with respect to objective functions and constraints while allowing more freedom than shape optimization methods. This work offers a solution for such an optimization problem while taking into account turbulent flow and heat transfer. To do so, the turbulence model is modified. The topology problem is implemented as follows. The density method is used to define the solid/fluid distribution. The turbulence and energy model is applied with modifications to take into account the density. The gradient is defined using the continuous adjoint method which creates a set of adjoint equations to solve. At the end, the optimized solution allows us to combine turbulence with convective and conductive heat transfer. We present and apply the method. An analysis of the results is then provided in order to explain the effects of the new formulation on the optimized geometries.



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