Comportements hydrodynamique et thermique lors de l´écoulement d´un fluide de Herschel-Bulkley dans une conduite cylindrique

La présente étude concerne l’écoulement laminaire et stationnaire d’un fluide viscoplastique incompressible. Cet écoulement a lieu au sein d’une conduite horizontale à section droite circulaire maintenue à une température pariétale uniforme, et siège d’un transfert thermique en mode de convection forcée. Le fluide en question obéit au modèle rhéologique de Herschel-Bulkley. En outre, en plus, de la chaleur fournie au fluide par la paroi de la conduite, nous tenons compte de la dissipation visqueuse. La résolution numérique des équations générales de conservation, à savoir : les équations de continuité, de la quantité de mouvement et de l’énergie, après discrétisation en utilisant la méthode des volumes finis, est effectuée par le biais d’un code de calcul basé sur l’algorithme SIMPLER. Ce code de calcul a été validé après comparaison des résultats obtenus avec ceux issus de la littérature. L’étude repose d’une part, sur l’analyse de l’influence de la contrainte seuil, caractérisée par le nombre d’Herschel-Bulkley (HB), sur les caractéristiques hydrodynamique et thermique de l’écoulement, à savoir : le coefficient de frottement et le nombre de Nusselt. D’autre part, elle examine l’effet de l'introduction de la fonction de dissipation visqueuse dans l'équation de l'énergie, traduite par le nombre de Brinkman (Br), sur le transfert thermique. Les résultats obtenus montrent que l’augmentation du nombre de Herschel-Bulkley entraine la diminution de la vitesse centrale et par conséquent, l’augmentation du coefficient de frottement. Ce dernier croît également avec l’augmentation de l’indice d’écoulement du fluide. Il a été noté en outre que le transfert thermique est amélioré par l’accroissement du nombre d’Herschel-Bulkley. Cette amélioration est très visible dans la zone de l’établissement thermique et ce, loin de l’entrée. Quant à l’introduction de la fonction de dissipation, les résultats montrent une amélioration notable du transfert thermique comparée au cas où cette fonction est négligée. En effet, l’augmentation du nombre de Brinkman, que l’on soit dans le cas du chauffage ou du refroidissement conduit à une augmentation considérable de la valeur asymptotique du nombre de Nusselt par rapport au cas où la dissipation visqueuse est négligée

Etude numérique de la convection forcée lors de l'écoulement d'un fluide de Bingham entre deux plans parallèles

Le présent travail porte sur l'étude numérique de l'écoulement d'un fluide non newtonien obéissant au modèle rhéologique de Bingham entre deux plans parallèles siège d'un transfert thermique par mode de convection (naturelle, mixte et forcée). Les deux plans sont maintenus à température pariétale constante et uniforme. Les caractéristiques hydrodynamiques et thermiques de l'écoulement seront étudiées

Etude numérique de la convection mixte lors de l'écoulement d'un nanofluide hybride (Ag-MgO/Eau) dans une cavité trapézoïdale ventilée soumise à l'action d'un champ magnétique

The goal of this numerical study, is to investigate the hydromagnetic mixed convection heat transfer flow inside a ventilated cavity, crossed by hybrid nanofluid. This latter is made of Ag and MgO nanoparticles (50:50 vol %) dispersed in water as base fluid. The enclosure is under the influence of a uniform and constant magnetic field, applied in a horizontal direction. In this work, the cavity is of right angled trapezoid shape, and is assumed to be of infinite length in the third direction imparting a two-dimensional character to the flow. The cavity is subjected to a laminar and steady jet of fresh hybrid nanofluid entering the enclosure through an opening placed on the lower corner of the bottom wall which is adiabatic, just like the vertical right wall. The fluid is evacuated through an opening representing the upper base of the cavity. The left wall is inclined, and is maintained at a constant and uniform hot temperature. It is assumed that the nanofluid is Newtonian, incompressible and substantially behaves as a single phase fluid. Moreover, the Boussinesq approximation is valid for buoyancy force. New correlations to predict the viscosity and thermal conductivity of Ag-MgO / water hybrid nanofluid are employed in the study. The dimensionless governing equations with the appropriate boundary conditions, are discretized by the finite volume method and solved numerically via the SIMPLER algorithm. All the simulations were performed for the case of pure mixed convection (Ri = 1), and are presented on the one hand, through hydrodynamic and thermal fields in the cavity as well as the velocity profiles. On the other hand, a special focus is granted to the heat transfer rate, through the evaluation of the average Nusselt number at the hot inclined wall. The study focuses on the determination of the conditions that provide the best thermal performance of the cavity. We investigate the effect of some parameters including the influence of the hybrid nanofluid jet intensity (Reynolds number), the magnetic field strength (Hartmann number) and nanoparticles volume fraction. The results indicate that the hybrid nanofluid flow is strongly affected by the increase in the intensity of the magnetic field. Globally, the augmentation of Reynolds and Hartmann numbers enhance the heat transfer rate. We also note that, the increase in nanoparticles concentrations promotes the heat transfer. However, the contribution of nanoparticles on the improvement of heat transfer has a significant impact at low values of the Reynolds number

Caractérisation de l'écoulement d'un fluide de Bingham dans une cavité à parois mobiles

La présente étude numérique traite du transfert thermique en mode de convection forcée, mixte et naturelle, au sein d'une cavité, à parois mobiles, contenant un fluide non newtonien obéissant au modèle rhéologique de Bingham. L'étude concerne l'influence du rapport de forme, du nombre de Bingham ainsi que celle du nombre de Richardson sur le comportement hydrodynamique et thermique de l'écoulement du fluide considéré dans cet espace confiné

Etude numérique du transfert de chaleur pour un fluide de Bingham dans une cavité carrée en mode de convection naturelle instationnaire

Dans ce travail, nous étudions numériquement le transfert de chaleur en mode de convection naturelle instationnaire d'un fluide de Bingham placé dans une cavité carrée. L'influence de plusieurs paramètres sur le comportement thermique à été analysée dans cette étude. Il s'agit du nombre de Bingham, nombre de Rayleigh et nombre de Prandtl. Le présent code de calcul a été validé après confrontation de nos résultats à ceux de Osman Turan (2010) dans le cas de la convection naturelle d'un fluide de Bingham dans une cavité carrée

Convection naturelle au sein d'une cavité carrée munie d'une source chauffante placée sur sa paroi inférieure

La convection thermique au sein des espaces confinés est devenue, ces dernière années, un sujet d'investigation d'une grande importance, vue sa présence dans différentes applications industrielles telles que le refroidissement des composantes électroniques, les réacteurs nucléaire ainsi les pertes thermiques dans les collecteurs solaires. La présente étude traite de l'analyse numérique de la convection naturelle laminaire au sein d'une cavité carrée dont les parois latérales (en d'autre terme, verticales) sont maintenues à une température constante (froide) alors que les parois horizontales sont isolées thermiquement, à l'exception d'une fraction occupant 20% à 80% de la surface inférieure de l'enceinte et centrée par rapport à celle-ci, qui est maintenue à une température constante et uniforme, supérieure à celle des parois latérales (chaude) et ce, grâce à une source de chaleur placée en contact de cette paroi. La résolution des équations régissant l'écoulement et le transfert thermique est approchée par la méthode des volumes finis, avec des volumes de contrôle quadrilatéraux et un mallaige uniforme. L'algorithme SIMPLER est adopté pour traiter le couplage vitesse-pression et par conséquent, les champs de vitesse et de température. L'étude se focalise sur l'influence occasionnée par les variations du nombre de Rayleigh et de la longueur de la fraction chauffée, sur la structure de l'écoulement et du transfert thermique au sein de la cavité remplie entièrement d'un fluide newtonien incompressible. Les résultats obtenus montrent, entre autres, que le transfert thermique s'intensifie suite à l'augmentation du nombre de Rayleigh et de la longueur de la fraction chauffée de la aproi inférieure et ce, suite à l'augmentation de la surface d'échange entre cette fraction chauffée et le fluide

Mixed convection heat and mass transfer within a vertical channel

L'objectif de ce travail est d'étudier numériquement le transfert de chaleur et de masse lors de l'évaporation d'un film liquide d'acétone, d'épaisseur négligeable, mouillant les parois d'un canal vertical. Les équations générales de conservation et les conditions aux limites associées sont discrétisées par le bais de la méthode des volumes finis. Le couplage vitesse-pression est traité par l'algorithme SIMPLER. L'étude se focalise sur l'analyse de l'effet de la vitesse et de l'humidité relative de l'air à l'entrée du canal, sur le comportement hydrodynamique, thermique et massique du flux d'air humide

Convection naturelle au sein d'une cavité différentiellement chauffée et munie d´un obstacle générateur de chaleur

Une étude numérique sur la convection naturelle au sein d’une enceinte carrée remplie entièrement d’un fluide newtonien est entreprise dans le présent travail. L’enceinte est munie d’un obstacle isotherme de section carrée. La paroi inférieure de l’enceinte est maintenue à une température constante et uniforme alors que la paroi supérieure est adiabatique. Les parois verticales de l’enceinte sont, quant à elles, maintenues à une température constante et uniforme, inférieure à celle de la paroi inférieure. Les équations générales de conservation sont discrétisées par le biais de la méthode des volumes finis et sont résolues en utilisant un code de calcul basé sur l’algorithme SIMPLER. Ce code a été validé avec succès après comparaison des résultats qui en découlent avec ceux de la littérature. L’étude porte sur l’analyse de l’effet du nombre de Rayleigh ainsi que celui de la taille de l’obstacle et de sa position, sur la structure de l’écoulement et sur le transfert thermique au sein de la cavité, en présence de l’obstacle. Pour se faire, des valeurs du nombre de Rayleigh variant entre 103 et 106 ont été considérées. En outre, il a été procédé à la variation de la taille de l’obstacle ainsi que de sa position dans la cavité (au centre, au voisinage de la paroi chaude et près de la paroi adiabatique). Les résultats obtenus montrent que les champs dynamique et thermique sont fortement affectés par la présence de l’obstacle et par conséquent, par sa position et sa taille. En effet, il a été noté que le nombre de Nusselt moyen est une fonction croissante de la taille de l’obstacle et du nombre de Rayleigh également. Ces résultats ont permis de trouver des conditions optimales permettant l’obtention d’un meilleur transfert thermique au sein de la cavité

Herschel-Bulkley fluid flow within a pipe by taking into account viscous dissipation

The present numerical study deals with the analysis of thermal characteristics during the flow of an incompressible Herschel-Bulkley fluid of constant physical and rheological properties. The flow takes place within a pipe, of circular cross section, maintained at uniform wall temperature. Because of the viscous character of this kind of fluid, viscous dissipation is taken into account. The effect of this parameter is analyzed for various values of the fluid index flow and the Herschel-Bulkley number. The governing equations are resolved by means of the finite volume method and using the SIMPLER algorithm and the line by line method. The results reveal that heat transfer is significantly underestimated when viscous dissipation is neglected, particularly for shear-thinning fluids and for high values of the Herschel-Bulkley number. In addition, heat transfer is more important in the case of heating and the curves display a discontinuity, and negative values of Nusselt number are obtained