Modélisation de l'écoulement autour d'une bulle de vapeur en formation sur une paroi chauffante en ébullition convective sous-saturée

by Stéphane Pujet

Doctoral thesis in Mécanique des fluides

Under the supervision of Jacques Magnaudet.

defended on 1998

in Toulouse, INPT .


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    Ce travail a été consacré à la modélisation et la simulation de l'écoulement et des transferts thermiques autour d'une bulle de vapeur en formation sur une paroi chauffante en ébullition convective sous-saturée à haute pression. Les deux principaux objectifs ont été : 1) la définition d'une modélisation physique pour les simulations. Une analyse des échelles caractéristiques de l'ébullition et de l'écoulement a montré que les conditions de l'ébullition sont très différentes à pression atmosphe��rique et à haute pression, en raison principalement de la forte diminution de la vitesse de croissance des bulles avec la pression. Sur la base de cette analyse, les principales caractéristiques de la modélisation retenue sont les suivantes : - la bulle est représentée par une sphère tronquée posée sur la paroi, de taille et de forme fixes, - la croissance de la bulle est supposée suffisamment lente pour que l'écoulement autour de la bulle puisse être considéré comme établi, - l'interface liquide-vapeur est une surface à cisaillement nul. Pour traiter la turbulence au voisinage de la bulle, une modélisation de l'effet d'une interface non-cisaillée sur la turbulence a été développée. 2) la réalisation de simulations d'écoulements. La seconde partie de ce travail a consisté en la réalisation de simulations numériques. Trois configurations d'écoulement ont été étudiées : - l'écoulement laminaire autour d'une bulle sphérique ou d'une sphère solide en l'absence de paroi, - l'écoulement laminaire et stationnaire autour d'une bulle en paroi. Les simulations ont apporté des résultats nouveaux concernant la structure de l'écoulement et du sillage. - l'écoulement autour d'une bulle de vapeur en paroi en situation d'ébullition convective sous-saturée. Ces résultats nous ont conduit à proposer de nouveaux mécanismes de transfert de chaleur en ébullition convective sous-saturée qui peuvent jouer un rôle important à haute pression.

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