Simulation et modélisation des transferts thermiques au sein des écoulements turbulents diphasiques à bulles - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Simulation and modelling of heat transfer in two-phases turbulent bubbly flows

Simulation et modélisation des transferts thermiques au sein des écoulements turbulents diphasiques à bulles

Résumé

This thesis is organised in two parts. The first part deals with the modelling of heat transfer in bubble flows in the absence of thermal property jumps. The code TrioIJK is used to simulate these flows with the interface tracking method, the single-fluid formulation and finite volume schemes. Examples of simulations in both single and two-phase channels are presented to showthe ability of the code to describe the temperature in turbulent flows. These studies allow a validation of the code under these conditions and new results concerning heat transfer as a function of the liquid Prandtl number. Finally, a detailed study with convergence in mesh has been carried out on the case of a homogeneous swarm of bubbles. It reveals correlations of heattransfers at the interfaces, in swarms, very close to the correlations deduced on single bubbles, but still presenting an intensification of the transfers of the order of 10% for Prandtl numbers in the studied conditions.In a second part, a search for a reliable numerical formulation for the simulation of flows with jump in thermal properties is conducted. The light and flexible 1D code FluidDyn is developed in Python. It is used to develop and validate new convection-diffusion schemes for bubble flows. Several studies are conducted in a case with property jumps and allow to derive a new one-dimensional conservative formulation. This formulation is finally adapted to the three-dimensional case, requiring in particular a certain number of calculations of intersections of meshes and interpolations, specific to the front-tracking. These geometricdevelopments also allow the analysis of the interpolated fields at the interfaces in the context of the temperature single-fluid formulation, which is essential for taking the interfacial statistics necessary to obtain the swarm correlations.
Cette thèse se compose de deux parties. La première s'intéresse à la modélisation des transferts de chaleur dans les écoulements à bulles sans variations de propriétés thermiques. Le code TrioIJK est employé pour simuler ces écoulements grâce à la méthode de suivi d'interface, la formulation monofluide et des schémas volumes finis. Des simulations de canaux monophasiques et diphasiques sont présentées pour montrer la capacité du code à décrire la température dans les écoulements turbulents. Les résultats permettent de valider le code et d'obtenir de nouvelles informations sur les transferts thermiques en fonction du nombre de Prandtl liquide. Enfin, une étude de convergence en maillage sur un essaim homogène de bulles pour différents nombres de Reynolds de bulles (avec un taux de vide de 6%) donne des corrélations des transferts thermiques aux interfaces dans les essaims. Les corrélations sont similaires à celles obtenues pour des bulles individuelles, mais une intensification des transferts d'environ 10% est observée pour des nombres de Prandtl proches de l'unité.Dans une seconde partie, une recherche de formulation numérique fiable pour la simulation d'écoulements avec saut de propriétés thermiques est menée. Le code 1D léger et souple FluidDyn est développé en Python. Il sert à développer et valider de nouveaux schémas de convection-diffusion pour des écoulements à bulles. Plusieurs études sont menées dans un casdiphasique 1D avec des sauts de propriétés et permettent de dégager une nouvelle formulation conservative unidimensionnelle. Cette formulation est finalement adaptée au cas tri-dimensionnel, demandant notamment un certain nombre de calculs d'intersections de géométries et d'interpolations, spécifiques au suivi d'interface. Ces développementsgéométriques permettent aussi l'analyse des champs interpolés aux interfaces dans le cadre de la formulation monofluide en température, indispensable pour la prise de statistiques interfaciales nécessaire à l'obtention des corrélations en essaim.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04072390 , version 1 (18-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04072390 , version 1

Citer

Aymeric Sonolet. Simulation et modélisation des transferts thermiques au sein des écoulements turbulents diphasiques à bulles. Thermique [physics.class-ph]. Université de Perpignan, 2023. Français. ⟨NNT : 2023PERP0005⟩. ⟨tel-04072390⟩
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