Etude de transferts de chaleur par conduction, convection et rayonnement couples dans des milieux semi-transparents fluides ou poreux : Elaboration de modèles de simulation en géométrie bidimensionnelle
par Nadim El Wakil
Thèse de doctorat en Transferts thermiques
Sous la direction de Jean-François Sacadura.
Soutenue en 1991
à Lyon, INSA , en partenariat avec LMFT - Mécanique des Fluides et Thermique (Lyon, INSA) (laboratoire) .
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Résumé
Ce travail est une étude numérique des transferts de chaleur couplés dans les milieux semi-transparents gris en géométrie bidimensionnelle rectangulaire. Après un bref rappel des équations du transfert radiatif, complété par un aperçu général sur les différentes méthodologies fréquemment utilisées pour résoudre ces équations, nous avons choisi la méthode des ordonnées discrètes (Sn) qui a connu très récemment beaucoup de succès en raison de sa précision ainsi que de sa compatibilité avec la modélisation des autres modes de transfert de chaleur. Nous avons développé cette méthode dans le cas des milieux à diffusion anisotrope. Afin d'éliminer certaines aberrations numériques observées lors de sa mise en oeuvre, nous avons proposé, dans le premier chapitre du mémoire, une nouvelle version que nous avons testée par comparaison avec d'autres méthodes très précises et de référence. Ensuite nous avons adopté l'approximation S4 pour l'étude de couplages où l'on a effectué une analyse systématique concernant l'influence des différents paramètres radiatifs du milieu, ainsi que des caractéristiques de ses surfaces frontières. Commençant par le couplage de la conduction avec le rayonnement dans le deuxième chapitre, où nous avons adopté la méthode des volumes de contrôle pour résoudre l'équation de la chaleur, nous avons poursuivi l'étude, dans le troisième chapitre, pour traiter un domaine très rarement abordé, qui est celui du couplage de la convection naturelle et du rayonnement dans les milieux poreux, où nous avons utilisé le modèle de DARCY pour la modélisation de la convection. Finalement, nous avons terminé l'étude du couplage dans le quatrième chapitre, consacré au transfert couplé rayonnement et convection naturelle en régime laminaire dans les milieux fluides. Dans cette partie nous avons adopté l'algorithme SIMPLER qui a connu beaucoup de succès ces dernières années.
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Titre traduit
= Study of the coupled conduction, convection and radiation beat transfer in participating fluid or porous media : Elaboration of simulation models in two-dimensional geometry
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Résumé
This work presents a numerical study for the coupled heat transfer in a gray semi-transparent media contained in two-dimensional rectangular enclosure. The radiative heat transfer equations are first presented. Then a genral review of the different methodologies usually used to resolve these equation is given. According to this study we have selected the discrete ordinates methods (Sn) recently talking a great attention due to its accuracy as well as its compatibility with the modelling of other modes of heat transfer. The first chapter deals with the application of this method to many cases specially for the anisotropic scattering media. Numerical ascillation were observed and had to be eliminated. The method has been modifed to improve its performance, then compared to other reference methods of high accuracy ; The S4 approximation is then adopted to study the coupled heat transfer problem and to analyse the influence of different radiative properties of the medium and the enclosue surfaces. The second chapter is conerned with the combined conduction-radiation heat transfer problem. The energy equation has been solved using the control volume approach. The fird chapter treats a rarely studied topic. This is the combined radiation-natural covection heat transfer in porous media. The darcy law is used in the modelling of natural convection. Finally, the fourth chapter is devoted to solve the combined radiation-natural convection in a fluid, using the SIMPLER algorithm.
