Soutenance mémoire
Conservation de la quantité de mouvement
Situation de l’étude : la situation de cette étude qui nous présentons s’intéresse sur E.C
Dans l’industrie, l’échangeur de chaleur est un élément essentiel de toute politique de maîtrise d’énergie est donc par voie de conséquence, de protection de l’environnement. Une grande part de l’énergie thermique utilisée dans les procédés industriels transite au moins une fois par un échangeur de chaleur, aussi bien dans les procédés eux-mêmes que dans les systèmes de récupération de l’énergie thermique de ceux-ci. Ils sont utilisés principalement dans l’industrie (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agro-alimentaire, production d’énergie,…etc.), du transport (automobile,…etc.) et dans le secteur résidentielle et tertiaire (chauffage, climatisation,…etc.). Ils constituent donc un des dispositifs clés du thermicien, et sont un composant quasi inévitable dans la maîtrise de l’énergie [1]. L’échangeur de chaleur est un équipement qui permet d’assurer un transfert de chaleur d’un fluide chaud à un fluide froid sans contact direct entre les deux. Le même fluide peut conserver sont état physique liquide ou gazeux, ou se présenter successivement sous les deux phases : c’est le cas des condenseurs, évaporateur, bouilleur, ou de tous le refroidissement [1].Le souci technologique majeur des échangeurs de chaleur est l’amélioration de l’échange thermique entre les deux fluides tout en générant le moins de pertes de charges ou de le réduire à leur plus bas niveau possible [1]. Ces dernier temps, l’optimisation des performances portes plus particulièrement sur la circulation de l’air caloporteur pour extraite et transporter le maximum de calories vers le point d’utilisation ou pour le stockage [1]. La convection forcée est un phénomène de transfert thermique liée aux fluides, sa présence influe simultanément sur les champs thermiques et hydrodynamiques de l’écoulement, le problème ainsi couplé, trouve son importance de nombreuses applications industrielles et plus particulièrement dans les réacteurs nucléaire, les échangeurs de chaleurs, les capteurs solaires, le rebroussement des turbomachines et composantes électroniques. Dans ce travail, nous présentons une étude numérique, employant le modèle K-w SST pour étudier le champ dynamique et thermique d’un écoulement d’air turbulent stationnaire en convection forcée passant dans un échangeur double passe à tubes concentriques sous l’effet d’une condition thermique symétrique dans deux cas : le premier un flux de chaleur constant,
Objectifs spécifiques de la présente étude
Les objectifs principaux du présent mémoire qui traite le comportement dynamique et thermique d’un écoulement en convection forcée turbulente à l’aide du modèle K-w SST et pour deux différentes conditions thermiques aux limites (flux de chaleur, température), utilisées pour améliorer les performances des échangeurs de chaleur à air qui peut être résumé par les points suivants : Etudier en détail l’aspect hydrodynamique et thermique. Résolution numérique par le code du calcul CFD Fluent commercialisé par Fluent (nous avons disposé de la version 6.3). Etudier l’impact de variation du nombre de Reynolds sur le comportement dynamique et thermique du système considéré. Organisation de travail Le présent mémoire comporte quatre chapitres : Après cette brève introduction, nous abordons dans le premier chapitre une étude bibliographique couvrant les études analytiques, numériques et expérimentales sur les comportements dynamiques et thermiques de l’écoulement turbulent des fluides en convection forcée dans des géométries complexes et qui sont en relation directe avec notre étude. Le deuxième chapitre est consacré à la modélisation mathématique, en présentant le problème physique de la convection forcée à l’intérieur de l’échangeur double tube concentrique suivi de la formulation mathématique. Les équations de conservation de masse, se quantité de mouvement, de l’énergie et de la turbulence, ainsi que les conditions aux limites imposée sur chaque grandeur, sont présentés en détail. Dans le troisième chapitre, nous avons présentons le code de calcul Fluent, et le logiciel de réalisation la géométrie et le maillage, le préprocesseur GAMBIT (Geometry And Mesh Building Intelligent Toolkit). L’algorithme SIMPLE est utilisé pour la résolution séquentielle des systèmes d’équation. Le dernier chapitre, c’est la partie la plus important de ce mémoire, il comporte la simulation et l’interprétation des résultats numériques obtenus sous forme des graphes dans la configuration étudiée. Finalement, ce mémoire sera terminé par une conclusion générale qui résume les principaux résultats obtenus.
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Table des matières Dédicace Remerciement Sommaire Liste des figures Liste des tableaux Nomenclature Introduction Générale Chapitre I : Etude Bibliographique Chapitre II : Formulation Mathématique 1. Configuration de problème 2. Equations gouvernantes 2.1. Continuité 2.2. Conservation de la quantité de mouvement 2.3. Conservation d’énergie 3. Hypothèses simplificatrices 4. Equations de problème 4.1. Continuité4.2. Quantité de mouvement 4.3. Conservation d’énergie 5. Modèle de turbulence K െ ɘ SST (Shear Stress Transport 6. Conditions aux limites Chapitre III : Modélisation Numérique 1. Choix de la méthode numérique 2. Principe de la méthode des volumes finis 3. Maillage 3.1. Choix de maillage 3.2. Connectivité SOMMAIRE 4. Présentation de logiciel de calcul 4.1. Principes des codes CFD 4.2. Différents étapes à suivre pour la modélisation numérique par FLUENT 4.3. GAMBIT 4.3.1. Vue globale 4.3.2. Commandes dans le Gambit 4.4. Fluent 4.4.1. Choix des paramètres de Fluent 4.4.2. Conditions aux limites utilisées par le code Fluent 5. Conditions aux limites et définition des domaines 6. Solution numérique Chapitre IV : Résultats et Interprétations 1. Choix de maillage 2. Résultats 2.1. Aspect hydrodynamique 2.1.1. Etude dynamique correspond à un débit d’entrée qm= 16814,7.10-6kg/s 2.1.2. Effet de nombre de Reynolds sur la vitesse de l’écoulement 2.1.3. Effet de nombre de Reynolds sur le coefficient de friction 2.2. Aspect thermique 2.2.1. Etude thermique correspond à un débit d’entrée qm= 16814,7.10-6 kg/s52 2.2.2. Effet de nombre de Reynolds sur la température du fluide 2.2.3. Effet de la variation du nombre de Reynolds sur le nombre de Nusselt Conclusion Générale BibliographieTélécharger le rapport complet
