Étude expérimentale et numérique de la convection transitoire et établie dans une conduite semi-annulaire chauffée - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2013

Étude expérimentale et numérique de la convection transitoire et établie dans une conduite semi-annulaire chauffée

Nicolas Baudin
Catherine Colin
Pierre Ruyer
Julien Sebilleau

Résumé

Nous étudions les transferts de chaleur dans un fluide s'écoulant dans une conduite semi-annulaire dont la paroi intérieure est chauffée par effet Joule. Des expériences ont été réalisées pour des chauffes transitoires rapides. Des mesures par thermographie infra-rouge permettent de déterminer précisément la température de paroi et de déduire ainsi une estimation des transferts de chaleur. La comparaison des mesures avec des solutions analytiques ou numériques de conduction instationnaire montre que les échanges de chaleur sont bien plus efficaces que ce seul mode de transfert. De plus, les temps de chauffe, de l'ordre de quelques secondes, sont trop courts pour établir le régime de convection. Ceci motive une étude plus précise de ces transferts. La structure d'un écoulement en géométrie semi-annulaire n'a pas été étudiée à notre connaissance, a contrario du cas annulaire. Une campagne de mesures par PIV a d'abord été réalisée pour caractériser le profil de vitesse dans le plan de symétrie de l'écoulement, sans chauffage, et le comparer à la modélisation mathématique d'un écoulement annulaire de Kaneda et coll.(1). Des écarts ont été identifiés entre les cas annulaire et semi-annulaire. Des simulations numériques ont donc été réalisées avec le logiciel StarCCM+ pour déterminer la structure de l'écoulement 3D dans le cas semi-annulaire et la comparer aux mesures PIV. Par ailleurs, la comparaison de simulations avec les résultats de Kang et coll.(2) permet de valider la partie thermique sur des écoulements annulaires avec un flux de chaleur constant imposé à la paroi intérieure. Enfin, on compare des résultats de simulations numériques avec nos mesures infrarouges en conduite semi-annulaire avec un flux de chaleur constant ou variable à la paroi. Ces simulations permettront de caractériser le développement de la couche limite thermique dans le liquide en régime transitoire. (1) The characteristics of turbulent flow and convection in concentric circular annuli. Part I : flow, M. Kaneda, B. Yu, H. Ozoe, S.W. Churchill, 2003, International Journal of Heat and Mass Transfer, 46, 5045-5057 (2)Isothermal and heated turbulent upflow in a vertical annular channel – Part I. Experimental measurements, S. Kang, B. Patil, J.A. Zarate, R.P. Roy, 2001, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44, 1171-1184
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Dates et versions

hal-03439970 , version 1 (22-11-2021)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03439970 , version 1

Citer

Nicolas Baudin, Catherine Colin, Pierre Ruyer, Julien Sebilleau. Étude expérimentale et numérique de la convection transitoire et établie dans une conduite semi-annulaire chauffée. CFM 2013 - 21ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2013, Bordeaux, France. ⟨hal-03439970⟩

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