Étude de l’évolution spatio-temporelle de l’interface liquide-vapeur lors de l’évaporation en convection forcée laminaire d’un film d’eau ruisselant sur une paroi plane

par Miloud Samir Belghoula

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur. Mécanique et énergétique

Sous la direction de Belkacem Zeghmati.

Soutenue en 2008

à Perpignan , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement (Perpignan) .

mots clés

• Écoulement diphasique -- Thèses et écrits académiques
• Évaporation -- Thèses et écrits académiques
• Interfaces gaz-liquide -- Thèses et écrits académiques

Résumé

L’objectif de notre travail de thèse est consacré à l’étude de l’instabilité de l’interface liquide-gaz pour le phénomène de ruissellement d’un film liquide sur une plaque plane inclinée d’un angle par rapport à l’horizontale par le biais d’une méthode numérique pour le suivi spatio-temporelle intitulé PLIC-VOF pour ² Piece Wise Linear Interface Calculation, Volume of Fluid ². Notre étude de simulation consiste à observer une éventuelle présence des vaguelettes selon le nombre de Reynolds du film liquide. La modélisation des forces de tension superficielle par la méthode CSF ²Continuum Surface Force², la détermination de la courbure de l’interface est déterminée par la méthode ²ALE-like scheme². La résolution de l’équation de Navier-Stokes est réalisée par la méthode de la projection, la résolution du système d’équation linéaire est réalisé par la méthode itérative de gradient conjugué Bi-CGStab. Pour la résolution de l’équation de la chaleur, on a séparé les flux diffusifs et les flux convectifs. Les flux diffusifs sont estimés par différences finies explicites. On a utilisé la méthode de limitation de flux de type FCT² Flux-Corrected Transport² pour exprimer les flux convectifs. Nous avons effectué plusieurs tests afin de valider notre code de calcul. Pour l’advection, on a réalisé le test de translation pure, test de rotation solide, test du tourbillon unique et test du tourbillon unique. On a aussi testé la résolution de l’équation Navier-Stokes par les tests de l’écoulement de Poiseuille diphasique et de l’instabilité de Rayleigh-Taylor. La modélisation des forces de tensions superficielles est validé par les tests d’équilibre et oscillation d’une goutte. On a aussi validé le problème de la résolution de l’équation de la chaleur par l’évaporation d’une goutte soumis soit à un flux de chaleur ou champs de température uniformes. Nous présenterons aussi des résultats de simulations concernant le ruissellement d’un film liquide sur une plaque plane inclinée d’un angle par rapport au plan horizontale, nous avons pris ( Re= 24. 41, Fr= , ), ( Re= 72. 506, F r=0. 2588, ), (Re=118. 393, F r=0. 4226,. ) et ( Re=160. 68, F r=0. 5735, )

Titre traduit

Study of spatial-temporal evolution of the liquid-vapor interface during evaporation laminar forced convection in a film of water streaming over a wall plane

Résumé

The aim of our doctoral research is to study the instability of the gas-liquid interface when it comes to the phenomenon of a liquid film running off on a tilted plane plate forming an angle of with the horizontal plane. This phenomenon will be analyzed by a digital method for spatio-temporal monitoring entitled PLIC-VOF (Piece Wise Linear Interface Calculation, Volume Of Fluid). Our study in simulation is to observe the possible presence of ripples, according to the Reynolds number of liquid film. The modeling of surface tension forces will be achieved and determined by the CSF (Continuum Surface Force method), the determination of the curvature of the interface by the ALE-like scheme. The resolution of the Navier-Stokes equation is produced by the projection method, the resolution of the system of linear equation is produced by that of Bi-CGStab iterative conjugate gradient. To resolve the heat equation, diffusive and convective flows have been separated. Diffusive flows are estimated by explicit finite differences. It was the method used to restrict the FCT ² Flux Corrected Transport ² flow type to express the convective flow. We carried out several tests to validate our computer code. As for advection, we tried the test of pure translation, rotation solid test, test and test single vortex of the unique whirlpool. It has also tested the resolution of the Navier-Stokes equation by testing of the Poiseuille disphasic disposing and the Rayleigh-Taylor instability. The modeling of surface force tensions is validated through tests of balance and oscillation of a drop. The resolution of the heat equation by evaporation of a drop subjected either to a heat flow or to uniform temperature field was also validated. We came to the following results for ( Re= 24. 41, Fr= , ), ( Re= 72. 506, F r=0. 2588, ), (Re=118. 393, Fr=0. 4226,. ) et ( Re=160. 68, F r=0. 5735, )