Développement simultané en convection mixte laminaire dans une conduite avec un flux de chaleur non uniforme sur sa surface externe cas avec et sans ailettes

Abstract

Le travail consiste en une étude numérique de la convection mixte d'un écoulement en développement simultané à l'intérieur d'une conduite horizontale ou inclinée avec un flux de chaleur non uniforme sur sa surface externe dans les cas : avec ou sans ailettes longitudinales. Le fluide est Newtonien dit incompressible avec des propriétés constantes sauf dans le terme de gravité où l'hypothèse de Boussinesq est adoptée. L'écoulement est laminaire en régime permanent. La dissipation visqueuse ainsi que la diffusion axiale de la quantité du mouvement et de la chaleur ont été négligées. Les équations de Navier Stokes sont ainsi du type parabolique suivant la direction principale de l'écoulement et elliptiques suivant les deux autres directions: radiale et azimutale. Les équations différentielles ont été intégrées et discrétisées selon l'approche des volumes finis. Afin de s'assurer que les vitesses dans le solide sont négligeables, les coefficients de diffusion de la quantité du mouvement dans le solide doivent tendre vers l'infini. Dans les deux premières parties des résultats (chapitre 4 et 5), les principaux objectifs consistent en la démonstration des effets de la conduction pariétale, des conditions aux limites thermiques non uniformes et de ces deux effets simultanément sur le transfert thermique et l'écoulement. Le rôle important que joue la paroi dans le transfert thermique par convection mixe a été clairement montré. Dans la zone de développement de la couche limite thermique, il a été constaté que pour les conduites présentant une bonne conductivité thermique (kp élevé), la température à l'interface solide-fluide a tendance à s'uniformiser suivant la circonférence. Cependant, pour des conduites à faible kp, le profil circonférentiel du flux thermique imposé à la surface externe a tendance à se maintenir au niveau de l'interface. Dans les cas du cuivre et de l'acier, à partir d'une certaine position axiale, bien que le flux de chaleur soit incident uniquement sur la moitié supérieure de la conduite, la plus grande part de l'énergie est transmise au fluide par la moitié inférieure de l'interface. Il existe une position axiale à laquelle les deux moitiés de l'interface transmettent au fluide la même part d'énergie imposée à l'extérieur (50% pour chacune). Par contre, dans une conduite en verre, la chaleur est transmise principalement par le haut, ce qui a conduit à une faible intensité des mouvements secondaires, et le phénomène de la stratification de la température est dominant. Dans le chapitre 6 et 7, des ailettes longitudinales ont été introduites sur la surface externe de la conduite, les échanges thermiques avec le milieu extérieur sont alors considérés."--Résumé abrégé par UM