Étude théorique du couplage convection turbulente-rayonnement dans un écoulement de gaz dans un canal : thermodégradation de la paroi

par Philippe Mignon

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Jean Taine.

Soutenue en 1992

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris , en partenariat avec Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) .

mots clés

• Couplage
• Modélisation
• Thermodégradation
• Gaz
• Hautes températures
• Rayonnement infrarouge

Résumé

Un modèle de turbulence à quatre équations supplémentaires est d'abord élaboré afin de calculer de manière couplée les champs moyens de vitesse et de température avec des propriétés thermophysiques variables. Le recours à des fonctions d'amortissement permet de calculer les diverses grandeurs moyennes jusqu'à la paroi. Le modèle est validé sur quelques expériences. Les termes sources radiatifs sont introduits dans les équations de transport des grandeurs thermiques moyennes en supposant que les propriétés radiatives des gaz sont fonction de la température moyenne et en développant en série à l'ordre deux la fonction de Planck autour de la température locale moyenne. Un modèle statistique à bandes étroites sert pour calculer le rayonnement. La fermeture des différentes équations prend en compte les échelles liées au rayonnement. Le coefficient d'échange conductif est notablement augmenté par le rayonnement si le flux radiatif à la paroi est du même ordre ou plus grand que le flux conductif pariétal. Le rayonnement détruit les fluctuations de température; dans certains cas étudiés, la dissipation radiative des fluctuations de température peut être dix fois plus grande que celle d'origine conductive. La thermodégradation d'un matériau composite sous l'effet d'un flux intense de chaleur est étudiée comme application pratique. On propose un modèle de thermodégradation avec une prise en compte simplifiée mais réaliste des phénomènes réactifs. La conduction instationnaire est traitée sur un système à frontières mobiles avec maillage dépendant du temps. Le modèle est partiellement validé sur une expérience de précision limitée.

Titre traduit

Theoretical study of the interaction between radiation and turbulent heat transfer in channel flows of infrared active gases : eblation of composite materials subjected to intense heat fluxes

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