Differentially heated cavities

Intervenants:

  • Soual Amel (Master 2013)
  • Benali Kouchih Fatima (Master 2013)
  • Malika SEDDIK BOUCHOUICHA (PhD Student)
  • Fouzia DAHMANI (Magister)
  • Ahmed Zineddine DELLIL (Maitre de conférences A)
  • Fadéla NEMDILI (Maitre de conférences A)
  • Abbès AZZI (Professor)

Description du thème :

Le sujet des cavités fermées et différentielement chauffées est un problème académique par excellence avec bien sûr des applications en divers domaine tel que le refroidissement des composants électroniques et le confort thermique dans les locaux d’habitation. Bref, le mouvement du fluide à l’intérieur de ce type de cavité se fait principalement par convection naturelle. Les particules du fluide au voisinage des parois chaudes seront animées par un mouvement ascendant dû à la diminution de la masse volumique et des forces de flottabilité. Naturellement d’autres particules plus froides viennent remplacer celles qui ont migrées vers le haut et le mouvement prend forme. Si la paroi chauffée est dans une position verticale, elle donne naissance à des tourbillons plus ou moins stationnaires. Si par contre la paroi est horizontale et en bas de la cavité, le mouvement sera plus complexe dans la mesure où toutes les particules du bas essayent de monter vers le haut sans laisser de passage de retour pour les particules froides. Des rouleaux forcés se forment et on est dans la figure de ce qu’on appelle l’instabilité de Rayleigh-Bénard.

Coté modélisation, vu les faibles vitesses de l’air on reste toujours dans l’approche fluide incompressible et on adopte l’approximation de Boussinesq qui va permettre d’ajouter un terme source dans l’équation de transport de la vitesse verticale. L’effet de la variation de la masse volumique et remplacé par la variation de la température. En général, les problèmes de ce type sont traités en 2D ce qui rend le sujet très abordable pour les chercheurs ne disposants pas de beaucoup de ressources de calcul. Il y’a le cas test de base qui correspond à la cavité carrée différentielement chauffée en régime laminaire jusqu’à frôler le Ra=10^8, ensuite le cas turbulent au-delà de la zone de transition. Ensuite on peut jouer sur les conditions aux limites ou la nature du fluide. Beaucoup de travaux sont publiés dans ce sens comme les cavités à parois ondulées ou déformées, les cavités partiellement chauffées, les cavités ventilées (avec un soufflage de fluide), les cavités soumises à un champ magnétique, les cavités avec milieu poreux, les cavités partitionnées ou munis d’ailettes. Il y a aussi des travaux qui considèrent le phénomène en 3D et ceux qui focalisent sur la transition dans le cas des instabilités Rayleigh-Bénard.

Recherche en cours :

Dans notre cas, nous avons utilisé le code (SarahCFD) pour passer les cas tests de base : cavité carrée différentielement chauffé en laminaire et en turbulent. Le cas des instabilités de Rayleigh-Bénard avec détermination du Rayleigh critique a été élaboré dans le cadre d’un mémoire de Master. Une configuration en 3D est en cours de réalisation par une étudiante dans le cadre de son mémoire de Magister. Enfin, un cas de cavité rectangulaire munis d’une ailette sur la face chauffée et en cours de finalisation par une doctorante.

Cavité carrée différentielement chauffée

 

Ra = 10^4

 

Ra = 10^6

Instabilité de Rayleigh-Bénard

http://www.youtube.com/watch?v=x9XjiayaDk0

  • ‘Instabilité de Rayleigh-Bénard’, Mémoire de Master présenté par Melle SOUAL Amel et Melle BEN ALI KOUCHIH Fatima, présenté en juin 2013 à l’USTO-MB, Oran, Algérie.

Unsteady thermal flow around a thin fin on a sidewall of a differentially heated cavity

http://www.youtube.com/watch?v=44gMknnjt-A

http://www.youtube.com/watch?v=un8NfRWFV9A

http://www.youtube.com/watch?v=kfx08kx1Xcw

Travaux antérieurs:

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