Convection naturelle turbulente en cavité différentiellement chauffée à grands nombres de Rayleigh : caractérisation expérimentale des écoulements et des transferts thermiques, étude numérique du couplage convection-rayonnement

Résumé : Ce travail présente des résultats expérimentaux obtenus dans une cavité différentiellement chauffée de 4 m de hauteur. Dans cette étude, des cartographies de température (microthermocouples) et de vitesse (LDV 2D et PIV standard) ont été établies pour des écoulements de convection naturelle turbulente à grands nombres de Rayleigh (4,0×1010 ≤ RaH ≤ 1,2×1011) tout en respectant l'approximation de Boussinesq. L'exploitation des résultats expérimentaux a, entre autre, permis de caractériser la stratification thermique au centre de la cavité ainsi que son évolution en fonction du nombre de Rayleigh pour différentes émissivités des parois passives. En outre, cette caractérisation a permis de connaitre les répartitions des flux échangés à la paroi, la typologie des écoulements au voisinage des parois actives et dans le plan vertical médian, ainsi que le cheminement du fluide dans la partie haute de la cavité. Ces résultats sont ensuite comparés à ceux obtenus dans d'autres cavités différentiellement chauffées de moindres dimensions étudiées antérieurement au laboratoire. L'ensemble de ces résultats montre une grande cohérence et nous permet de déterminer des lois d'évolution de la vitesse maximale atteinte dans la cavité et du transfert de chaleur aux parois en fonction du nombre de Rayleigh en régime laminaire et turbulent. En parallèle, une étude numérique 2D a été réalisée. Son objectif est d'étudier l'influence du rayonnement de surface ou volumique sur la structure de l'écoulement et sur les modes de transfert de chaleur. A cette fin, un module de transferts radiatifs a été implanté dans un code Volumes Finis de convection naturelle turbulente existant. La modélisation de la turbulence est réalisée par une approche LES avec un modèle de diffusivité de sous maille adapté à la convection naturelle. La partie rayonnement est traitée à l'aide d'un modèle de gaz gris par bande, associé à une méthode aux ordonnées discrètes. Une analyse de l'influence du rayonnement de parois et/ou de gaz sur les écoulements turbulents de convection naturelle est réalisée pour un nombre de Rayleigh de 1,21011.
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Contributeur : Bénédicte Carouge <>
Soumis le : mardi 24 mai 2011 - 15:41:33
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Document(s) archivé(s) le : dimanche 4 décembre 2016 - 04:37:42

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Francis, Lénine Djanna Koffi. Convection naturelle turbulente en cavité différentiellement chauffée à grands nombres de Rayleigh : caractérisation expérimentale des écoulements et des transferts thermiques, étude numérique du couplage convection-rayonnement. Sciences de l'ingénieur [physics]. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2011. Français. ⟨tel-00595352⟩

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