NUMERICAL SIMULATION OF HEAT AND MASS TRANSFER IN FLUID AND POROUS MEDIA
SIMULATION NUMERIQUE DU TRANSFERT
DE CHALEUR ET DE MASSE EN MILIEUX
FLUIDES ET POREUX
Abstract
In this thesis, heat and mass transfer by natural convection in confined fluid and porous
media has been studied numerically. Two of its parallel walls are maintained at constant
and different temperature and concentrations. The other two walls are impermeable and
well insulated. The thermosolutal convective phenomena inside the enclosure is described
by Navier-Stokes equations, the energy and species conservation equations. The porous
media is modeled according to the Darcy-Brinkman and Forchheimer model. The
convective flow is governed by the Rayleigh number (Ra), the buoyancy ratio (N), the
Prandtl number (Pr), the Lewis number (Le), the Darcy number and the porosity ε. The
control volume approach is employed to solve the governing equations. Concerning the
validation of the numerical algorithm, The results are found to be in excellent agreement
with those of previous work. The influence of the physical and geometrical parameters is
examined. Results shows that increasing of porous layer thickness reduces the global heat
and mass transfer for low values of permeability. The decrease in heat transfer with
increasing buoyancy ratio at high Lewis numbers is analyzed. Furthermore, in order to put
a the disposal of the engineer a tool allowing him to evaluate the thermal and solutal
transfer taking place in the considered type configuration, a correlations are proposed.
media has been studied numerically. Two of its parallel walls are maintained at constant
and different temperature and concentrations. The other two walls are impermeable and
well insulated. The thermosolutal convective phenomena inside the enclosure is described
by Navier-Stokes equations, the energy and species conservation equations. The porous
media is modeled according to the Darcy-Brinkman and Forchheimer model. The
convective flow is governed by the Rayleigh number (Ra), the buoyancy ratio (N), the
Prandtl number (Pr), the Lewis number (Le), the Darcy number and the porosity ε. The
control volume approach is employed to solve the governing equations. Concerning the
validation of the numerical algorithm, The results are found to be in excellent agreement
with those of previous work. The influence of the physical and geometrical parameters is
examined. Results shows that increasing of porous layer thickness reduces the global heat
and mass transfer for low values of permeability. The decrease in heat transfer with
increasing buoyancy ratio at high Lewis numbers is analyzed. Furthermore, in order to put
a the disposal of the engineer a tool allowing him to evaluate the thermal and solutal
transfer taking place in the considered type configuration, a correlations are proposed.
Dans cette thèse, les transferts de chaleur et de masse par convection naturelle en
milieux fluides et poreux ont été étudiés numériquement. Les parois verticales sont
soumises à des températures et concentrations constantes, tandis que les parois
horizontales sont adiabatiques et imperméables. Le phénomène de la convection
thermosolutale est régi par les équations de conservation de la masse, de la quantité de
mouvement, de l'énergie et de la concentration. le milieu poreux est modélisé suivant le
modèle général de Darcy – Brinkman – Forchheimer. L'écoulement convectif est régi par
différents paramètres de contrôle, à savoir le nombre de Rayleigh (Ra), le rapport des
forces de volume (N), le nombre de Prandtl(Pr), le nombre de Lewis (Le), le nombre de
Darcy (Da) et la porosité ε de la matrice poreuse. La méthode des volumes de contrôle a
été employée pour résoudre les équations de base en milieux fluide et poreux. Concernant
la validation du code de calcul, l'accord obtenu entre nos résultats et ceux disponibles
dans la littérature s'est avéré excellent. L'influence des paramètres physiques et
géométriques est examinée. L'augmentation de l'épaisseur de la couche poreuse de faible
perméabilité réduit considérablement les transferts thermique et massique. La
décroissance du transfert de chaleur avec l'accroissement du rapport des forces de volume
à nombre de Lewis élevé est mise en évidence. Par ailleurs, dans un souci de mettre à la
disposition de l'ingénieur un outil lui permettant d'évaluer les transferts thermiques et
massiques ayant lieu dans une configuration de type considérée, des corrélations sont
proposées.
milieux fluides et poreux ont été étudiés numériquement. Les parois verticales sont
soumises à des températures et concentrations constantes, tandis que les parois
horizontales sont adiabatiques et imperméables. Le phénomène de la convection
thermosolutale est régi par les équations de conservation de la masse, de la quantité de
mouvement, de l'énergie et de la concentration. le milieu poreux est modélisé suivant le
modèle général de Darcy – Brinkman – Forchheimer. L'écoulement convectif est régi par
différents paramètres de contrôle, à savoir le nombre de Rayleigh (Ra), le rapport des
forces de volume (N), le nombre de Prandtl(Pr), le nombre de Lewis (Le), le nombre de
Darcy (Da) et la porosité ε de la matrice poreuse. La méthode des volumes de contrôle a
été employée pour résoudre les équations de base en milieux fluide et poreux. Concernant
la validation du code de calcul, l'accord obtenu entre nos résultats et ceux disponibles
dans la littérature s'est avéré excellent. L'influence des paramètres physiques et
géométriques est examinée. L'augmentation de l'épaisseur de la couche poreuse de faible
perméabilité réduit considérablement les transferts thermique et massique. La
décroissance du transfert de chaleur avec l'accroissement du rapport des forces de volume
à nombre de Lewis élevé est mise en évidence. Par ailleurs, dans un souci de mettre à la
disposition de l'ingénieur un outil lui permettant d'évaluer les transferts thermiques et
massiques ayant lieu dans une configuration de type considérée, des corrélations sont
proposées.
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