Simulations numériques des transferts de chaleur turbulents par convection forcée dans des conduites cylindriques et des espaces annulaires

Numerical simulations of turbulent heat transfer by forced convection in pipe and annulus fully developed flows

• Auteur / Autrice : Lotfi Redjem Saad
• Direction : Guy Lauriat, Myriem Ould-Rouiss
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique et systèmes énergétiques
• Date : Soutenance le 22/02/2008
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Communication, Modélisation et Simulation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi-Échelle (MSME)
• Jury : Président / Présidente : Jack Legrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guy Lauriat, Myriem Ould-Rouiss, Jack Legrand, Laurent Jacquin, Claude Rey, Gilles Desrayaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Jacquin, Claude Rey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Transfert de chaleur

Mots clés libres

Transfert de chaleur

Écoulement turbulent

Conduite cylindrique

Espace annulaire

Turbulence

Thermocinétique

Heat transfer

Turbulent flow

Cylindrical pipe

Annular space

Turbulence

Thermokinetics

Résumé

Ce travail de thèse a été consacré à la simulation numérique des transferts par convection forcée dans des écoulements turbulents pleinement développés. Deux configurations ont été considérées : la conduite cylindrique et l'espace annulaire. Les champs turbulents sont analysés statistiquement en moyennant dans le temps et dans l'espace les champs instantanés de vitesse et de température afin d'en déduire les profils moyens, les écart-types, les flux de chaleur turbulents ainsi que des statistiques d'ordres plus élevés telles que les coefficients de dissymétrie et d'aplatissement. Une approche plus poussée dans l'analyse des écoulements turbulents est aussi utilisée : les fonctions de densité de probabilité (pdf) et les fonctions de densité de probabilité jointes (jpdf). On s'intéressera à l'influence de la diffusivité thermique du fluide sur les transferts thermo-convectifs dans les deux géométries. On étudiera l'effet de la rotation de la paroi sur le transfert de chaleur dans la conduite cylindrique. Dans la géométrie annulaire, l'influence du rapport des flux de chaleur imposés sur les parois est analysée

This thesis was devoted to the numerical simulation of heat transfer by forced convection in fully developed turbulent flows. Two configurations were considered : the pipe and the annulus flows. The turbulent fields are statistically analyzed by averaging the instantaneous fields of velocity and temperature in order to deduce the mean profiles, root mean square, turbulent heat fluxes as well as higher order statistics such as skewness and flatness coefficients. A more thorough in the analysis of turbulent flows is also used : probability density functions (pdf) and joined probability density functions (jpdf). We look at the influence of the thermal diffusivity of the fluid on the convective heat transfer in both geometry, the influence of the ratio of heat fluxes imposed on the walls is analyzed