EFFETS COMBINÉS DE LA CONVECTION MIXTE ET DU RAYONNEMENT DANS DES CAVITÉS MULTI-VENTILÉES PAR INJECTION OU SUCCION

Abstract

Le présent mémoire est consacré à l’étude numérique du couplage entre la convection mixte et le rayonnement thermique dans le cas d’un fluide caloporteur transparent (air). Deux systèmes rectangulaires, ayant les mêmes dimensions, soumis à différentes excitations thermiques et ventilés selon deux modes de ventilation (injection / succion) ont constitué notre objectif. Les configurations considérées peuvent constituer un modèle pour le refroidissement des systèmes générant de la chaleur dans de nombreux domaines du génie thermique. L’équation du rayonnement, inter-couplée avec les équations de base de la convection, est résolue par la méthode des radiosités. Les équations résultantes de la convection ont été résolues numériquement en utilisant un code numérique adéquat, basé sur la méthode des différences finies. Le travail de cette thèse se présente en deux parties. Dans la première partie, le travail est focalisé sur l’étude des écoulements et du transfert de chaleur induits par convection mixte à l’intérieur d’une cavité multi-ventilé, chauffée totalement par le bas et refroidie uniformément à travers la paroi verticale gauche, alors que les autres parois sont adiabatiques. Les simulations portent spécifiquement sur les effets des différents paramètres clés tels que le nombre de Reynolds, 300 ≤ Re ≤ 5000, l’émissivité des parois, 0    0.85, la position de l’ouverture de la sortie 0.2  Le  1.8 et le mode de ventilation extérieur imposé (injection ou succion), sur les caractéristiques dynamiques et thermiques de l’écoulement et les performances thermiques au sein de la cavité. Les résultats obtenus montrent que les champs d’écoulement et de température sont fortement influencés par les paramètres de contrôle susmentionnés et que la présence du rayonnement contribue à une augmentation appréciable du taux de transfert de chaleur total. Cette contribution peut atteindre 42 % pour les grandes valeurs de . En outre, le mode de ventilation par succion se trouve le plus favorable au transfert de chaleur et conduit à un meilleur refroidissement de la cavité en comparaison avec le mode d’injection. En plus, la position de l’ouverture de sortie, pour le mode d’injection, peut contribuer considérablement au contrôle thermique à l’intérieur de la cavité. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l’étude de la convection mixte se développant au sein d’une cavité ventilée par injection / (succion) à l’aide d’un jet froid d’air isotherme, interagissant avec le milieu extérieur à travers deux ouvertures aménagées au milieu des parois verticales gauche et droite. Les portions restantes de la paroi verticale gauche sont soumises à un flux de chaleur constant, tandis que, les parois restantes de la cavité sont parfaitement isolées. Les effets combinés des paramètres de base à savoir le nombre de Reynolds, 20 ≤ Re ≤ 3000, l’émissivité des parois, 0    1, l’angle d’inclinaison (0°    90°), le rapport de forme (1 ≤ A ≤ 8) et le mode d’écoulement extérieur imposé (injection ou succion) sur les caractéristiques de l’écoulement et le transfert de chaleur sont examinés. Les résultats ont révélé que, pour les deux modes de ventilation considérés, l’apport du rayonnement au transfert chaleur total est significatif même pour un régime de convection forcée prédominant et en particulier pour des valeurs élevées de l’émissivité des parois. Le mode d’injection se trouve le plus favorable au transfert de chaleur convectif et total, alors que le mode de succion favorise relativement l’échange de chaleur radiatif. De plus, le meilleur refroidissement de la cavité, caractérisé par une décroissance des températures moyenne et maximale, est généralement obtenu par augmentation des paramètres ε, Re et A et par l’application du mode d’injection.