Simulation numérique de la convection naturelle induite par double diffusion et effet Soret dans une cavité cylindrique concentrique

Numerical Simulation of natural convection induced by double diffusion and Soret effect in a cylindrical concentric cavity

• Auteur / Autrice : Amine Yahiaoui
• Direction : Hassen Beji
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie énergétique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise en cotutelle avec Montréal
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)

Mots clés

Mots clés libres

Transfert de chaleur

Transfert de masse

Mécanique des fluides

Convection naturelle

Effet Soret

Double diffusion

Cavité cylindrique

Convection thermosolutale

Résumé

Ces travaux de doctorat rapportent une étude des transferts de chaleur et de masse induits par convection naturelle et effet Soret en milieux poreux et fluide. La configuration géométrique est une cavité cylindrique concentrique soumise à des conditions aux frontières thermiques et solutales de type Neumann (flux constants de chaleur et de concentration) et Dirichlet (température et concentration constantes imposés), alors que les surfaces horizontales sont maintenues adiabatiques. En premier lieu, nous avons utilisé plusieurs méthodes numériques et analytiques pour l’étude des effets des paramètres de contrôle (nombre de Rayleigh, nombre de Lewis, nombre de Prandtl (pour le cas fluide), rapport des forces volumiques, rapport des rayons et rapport de forme de la cavité) sur la structure de l’écoulement et sur les transferts de chaleur et de matière au sein du système. Par la suite et pour le cas où les forces de volume sont de mêmes intensités mais de sens opposé, l’étude d’instabilité nous a permis de prédire le seuil critique de déclenchement de la convection en fonction des paramètres de contrôle.

This thesis reports an analytical and numerical study of the behavior of a binary mixture in confined fluid and porous media. The convective motion is driven by either applying constant fuxes of heat and mass or stant temperatures and concentrations on the vertical walls, while the horizontal ones are impermeable and adiabatic. The thermosolutal convective phenomenon (double diffusive convection, (a = 0) or Soret induced convection (a = 1)) inside the enclosure are described by the Navier Stokes equations, the energy and species conservation equations. Governing parameters of the problem under study are the thermal Rayleigh RT, buoyancy ratio N, Lewis number Le, curvature parameter η, and aspect ratio A. The particular situation where the buoyancy forces induced by the thermal and solutal effects are opposing each other and of equal intensity (N = -1) is considered for the porous case. For this situation a purely diffusive rest state is possible. The linear stability theory is used to predict analytically the critical Rayleigh number for the onset of convection. Also the linear stability of the convective motion, predicted by the parallel fow approximation, is investigated numerically in order to predict the occurrence of Hopf's bifurcation.