Développement d'un modèle couplé conduction-rayonnement pour la caractérisation des propriétés thermiques de matériaux hétérogènes et semi-transparents à haute température - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Poster De Conférence Année : 2023

Development of a coupled conduction-radiation model for characterizing the thermal properties of heterogeneous, semi-transparent materials at high temperatures

Développement d'un modèle couplé conduction-rayonnement pour la caractérisation des propriétés thermiques de matériaux hétérogènes et semi-transparents à haute température

Résumé

Previous research has demonstrated that a pure conductive model may be used to reliably estimate the effective thermal conductivity and heat capacity of dense, optically thick insulating materials up to 1200°C. However, when it comes to distinguishing the contributions of conduction and radiation to thermal conductivity, this approach has proven its limitations. Indeed, the greater the contribution of radiation to thermal properties relative to conduction, the shorter the time interval for calculating thermal characteristics, lowering confidence in the reported values. This investigation also indicated the need for the development of a robust direct model that is not confined to asymptotic models (optically thick or thin media, for example). Previous research has shown that statistical approaches such as Monte Carlo can be used to solve coupled and transient transfers in the characterization of complex media. The current study uses such methods to demonstrate the step-by-step creation (1D then 2D) of a coupled conduction-radiation model with the goal of separating the contributions of radiation and conduction to effective thermal conductivity. The novelty and interest of this methodology stem from the functional estimation of the radiative volume source term using the Monte Carlo method, which allows the temperature field to be evaluated in less computation time than standard methods. This functional estimation is accomplished without sacrificing physical coupling or geometrical complexity.
Des travaux précédents ont montré la possibilité d’estimer de façon fiable les conductivités thermiques effectives et les capacités thermiques de matériaux isolants denses et épais optiquement jusqu’à 1200°C en ayant recours à un modèle conductif pur. Cette démarche a cependant montré ses limites lorsque l’on souhaite séparer les contributions de la conduction et du rayonnement dans la conductivité thermique. En effet, plus le rayonnement est prépondérant par rapport à la conduction, plus l’intervalle temporel d’estimation des propriétés thermiques se trouve réduit, diminuant ainsi la confiance dans les valeurs estimées. Cette étude a également révélé la nécessité de développer un modèle direct robuste s’affranchissant d’hypothèses sur les propriétés radiatives et n’étant pas limitée aux modèles asymptotiques (milieu optiquement épais ou mince par exemple). Des études précédentes ont démontré la faisabilité et la pertinence de méthodes statistiques telles que la méthode Monte Carlo pour la résolution des transferts couplés et transitoire dans le cadre de la caractérisation de milieux complexes. La présente étude expose le développement étape par étape (1D puis 2D) d’un modèle couplé conduction-rayonnement recourant à de telles méthodes dans le but de séparer les contributions du rayonnement et de la conduction dans la conductivité thermique effective. L’originalité et intérêt de cette approche réside dans l’estimation fonctionnelle du terme source volumique radiatif avec la méthode Monte Carlo permettant ainsi d’évaluer le champ de température en un temps de calcul réduit comparativement à des méthodes conventionnelles. Cette estimation fonctionnelle est réalisée sans compromis sur la complexité des couplages physiques ou bien la complexité géométrique.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04171689 , version 1 (26-07-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04171689 , version 1

Citer

Léa Penazzi, Olivier Farges, Yves Jannot, Johann Meulemans, Vincent Schick. Développement d'un modèle couplé conduction-rayonnement pour la caractérisation des propriétés thermiques de matériaux hétérogènes et semi-transparents à haute température. 5èmes Journées Annuelles du GDR Tamarys, Jun 2023, Nancy, France. . ⟨hal-04171689⟩
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