influence of wall radiation in 2D cavities heated from below

International audienceThis study investigates numerically the effects of wall radiation on Bénard cells in cavities heated from below using Chebyshev spectral methods. Bifurcation theory is also used to describe and analyse the cellular flow solutions obtained in a square and a rectangle cavities filled with air. As wall radiation modifies the flow via the adiabatic vertical wall condition, the motionless and thermally stratified solution no longer exists at low Rayleigh numbers and is replaced by a very weak 2 × 2 cellular solution. This 4-cell weak flow undergoes pitchfork bifurcations at higher Rayleigh numbers: both perfect and imperfect pitchfork bifurcations are observed in the presence of wall radiation. Bifurcations to cellular flows with a reflection symmetry become imperfect because the cellular flows with the opposite rotating directions are no more equivalent. Therefore the resulting convective and radiative Nusselt numbers of the two bifurcated branches are no longer the same on the top or bottom wall. Note also that Nusselt numbers (either convective or radiative) of any bifurcated branch at one Rayleigh number are different on the bottom and top walls with wall radiation. Results obtained are analysed and some recommendations are given to describe Bénard flows with wall radiation

Etude comparative des méthodes de suivi d'interface pour les écoulements diphasiques

Les écoulements diphasiques, omniprésents dans la nature et dans de nombreux processus industriels, font intervenir différentes phases (liquide et gaz) et sont souvent caractérisés par des rapports de densité et de viscosité élevés. L'une des principales difficultés rencontrées lors de la simulation numérique de ces écoulements réside dans la bonne représentation de l'interface qui sépare les fluides immiscibles mis en jeu. Un grand nombre de méthodes de suivi d'interface existent dans la littérature, mais les études comparatives permettant de choisir l'approche la mieux adaptée sont peu nombreuses. Dans ce travail, nous comparons plusieurs méthodes Eulériennes de suivi d'interface à savoir la méthode Volume Of Fluid (VOF), Level set (LS), et les méthodes couplées CLSVOF, VOSET et MCLS. Cette comparaison originale a permis de dégager quelques points forts et faibles de chacune des approches

Conception et optimisation d'un capteur solaire thermique innovant adapté à la rénovation énergétique grâce à l'intégration du stockage

La part de consommation d'énergie primaire d'eau chaude sanitaire (ECS) dans des bâtiments à basse consommation (BBC) devient proportionnellement importante quand comparée aux autres postes. Actuellement, l'intégration des systèmes dans les nouveaux bâtiments ne présente pas de difficulté. En revanche, le marché de la rénovation est mal exploité, et une des contraintes importante est le placement du ballon de stockage. Dans le cas où le ballon doit être placé en dehors du bâtiment, les solutions existantes ne sont pas satisfaisantes, ni d'un point de vue thermique (fortes pertes), ni d'un point de vue esthétique (réservoir visible à l'extérieur). Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié une solution innovante visant à intégrer le stockage au capteur, a n de permettre une intégration complète du système au niveau de la toiture. Le critère énergétique nous a conduit à proposer un volume de stockage totalement isolé où l'apport de chaleur se produit en partie basse. Nous réalisons dans le cadre de la thèse une étude expérimentale d'une cavité à haut rapport de forme, qui nécessite la réalisation d'un système de strati cation. Ce système, une plaque, a été étudié numériquement pour optimiser le placement du uide en partie haute. En n un modèle global a été conçu pour les simulations de performance annuelle. Ce modèle se montre satisfaisant, et montre que la performance du système est légèrement inférieure aux systèmes classiques (thermosiphon). Les pertes thermiques ont été le facteur le plus pénalisant. Le dimensionnement d'un prototype a été réalisé, et ce dernier sera testé au cours de l'année 2012.The primary energy consumption of domestic hot water (DHW) in low energy house becomes proportionately large when compared to other energy consumptions. In new buildings, the integration of DHW systems do not present any di culty. However, the thermal renovation market is poorly operated, with the storage's placement as the main constraint. When the storage must be placed outside the building, nowadays the solutions are not satisfactory, or by a thermal point of view (high losses), or an aesthetic point of view (tank visible from outside). In this thesis we studied an innovative solution of an integrated storage collector, allowing full integration at the roof and completly insulated. The storage is heated at the bottom. A cavity with high aspect ratio has been studied experimentaly and the cavity requires a strati cation system. This system, a plate, was numerically studied to optimize the placement of the uid at the top. Finally a global model was developed for annual performance simulations. This model proves satisfactory and shows that system performance is slightly lower than conventional systems (thermo- siphon). Heat loss was most detrimental factor. The design of a prototype was produced, and it will be tested during the year 2012.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Convection naturelle dans un canal vertical en eau avec chauffage pariétal : influence de la stratification

Pour des applications liées à l'intégration de l'énergie solaire sur les bâtiments, nous étudions la convection naturelle qui se développe dans un canal vertical ouvert en haut et en bas avec un chauffage pariétal. Le fluide est de l'eau pour s'affranchir des problèmes de rayonnement entre parois. Nous présentons des mesures expérimentales de température, de flux de chaleur et de vitesse dans le canal. Outre des corrélations globales à l'échelle du canal, nous présentons des résultats issus de mesures en deux points très proches de température et de vitesse

Simulation de l'écoulement dans un canal différentiellement chauffé

Nous étudions numériquement l'écoulement de convection naturelle dans un canal vertical soumis à une stratification. Des conditions aux limites périodiques sont imposées dans la direction verticale. L'influence de la stratification et du nombre du Rayleigh est examinée. Un modèle peut être utilisé pour le régime faiblement nonlinéaire autour de la première bifurcation. Au-delà d'un nombre de Rayleigh plus élevé on observe l'apparition d'ondes solitaires

Period-doubling scenario and crisis-induced intermittency in natural convection between two vertical differentially heated plates

Nous étudions la transition vers le chaos de l’écoulement entre deux plaques verticales différentiellement chauffées. Nous nous appuyons sur la simulation numérique directe (DNS) pour étudier le comportement spatio-temporel de l’écoulement en faisant augmenter le nombre de Rayleigh. A partir du régime de conduction pure, l’écoulement devient temporellement mono-périodique, après avoir traversé trois bifurcations supercritiques dont deux du type de fourche et une du type de Hopf. Si on restreint le domaine de simulation afin d’admettre une seule longueur critique dans la direction verticale, une cascade de doublement de période est observée. Le comportement temporel de l’écoulement peut être décrit à l’aide d’une itération unidimensionnelle, et correspond physiquement à la déformation périodique d’une structure tourbillonnaire dite en œil de chat. Le régime du chaos temporel est atteint à Ra_infini estimé à 12330. La constante de Feigenbaum est calculée à partir des premiers doublements de période et un accord relatif est obtenu avec la valeur théorique. Au-delà de Ra_infini, des fenêtres correspondant à des régimes périodiques apparaissent à nouveau. Quand Ra est augmenté au delà de Ra = 15500, une intermittence est observée entre deux structures en œil de chat, séparées d’une demi-période. Les observations de l’écoulement sont cohérentes avec un scénario de crise par fusion, et réminiscentes de cycles hétéroclines structurellement stables dus à la présence d’une symétrie O(2). Le temps caractéristique séparant deux passages d’une structure à une autre obéit à une loi exponentielle

Analyse de la cristallisation du PLA (Acide PolyLactique) sous écoulement : quantification des effets thermique et mécanique

Lors de l’injection de polymères, le cisaillement provoque une orientation macromoléculaire donnant lieu à une cristallisation supplémentaire Nous avons modélisé la cristallisation du PLA sous écoulement dans des conditions anisothermes et dans une configuration de cisaillement pur. Le modèle de cinétique de cristallisation est inspiré de celui développé par Boutaous et al. [1], basé sur une modification des models décrivant la théorie globale de germination-croissance [2, 3]. Tous les paramètres des modèles thermique, rhéologique et de cristallisation ont été identifiés grâce à des mesures spécifiques effectuées au laboratoire. Les résultats montrent que le matériau présente une succession de paliers correspondant à des changements de structure cristalline. Une quantification des effets thermique et de l’écoulement sur les cinétiques de cristallisation ainsi que sur la taille des entités cristallines sera présentée et analysée. Des observations sous lumière polarisée corroborent les résultats numériques. [1] M. Boutaous, P. Bourgin, M.Zinet, J. Non-Newt. Fluid Mech., 127, 227--237 (2010). [2] J.D. Hoffman, R.L. Miller, Polymer, 38, 3151--3212 (1997). [3] W. Schneider, A. Köll and J. Berger, Inter. Poly. Proc., 3, 4, 151-154, (1988

Méthode de collocation Chebyshev pour le couplage entre la convection naturelle en cavité remplie d'air et le rayonnement pariétal

Le présent travail concerne la faisabilité de l'étude numérique du couplage de la convection naturelle-rayonnement de surface en cavité remplie d'air par méthodes spectrales. Etant donné que les méthodes spectrales travaillent avec des distributions polynomiales et que le rayonnement de surface avec les ditributions constantes par morceaux, la difficulté réside dans la compatibilité entre les distributions polynomiale et constante par morceaux. La méthode de transformations et les résultats numériques seront présentés et discutés

Modeling the radiative heat transfer in selective laser sintering of polymers: scattering effect

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