On présente les résultats d’une simulation numérique de la convection mixte conjuguée transitoire dans un tube vertical soumis à un flux DED chaleur constant et uniforme. Le fluide pénètre au haut du tube pour se diriger vers le bas ; par conséquent on est en présence d’un écoulement de convection mixte contrariée. Les équations de conservation dans le fluide et dans la paroi sont résolues numériquement en utilisant la méthode des volumes finis. Le couplage pression-vitesse est assuré en utilisant l’algorithme simple. On étudie l’influence des propriétés physiques et géométriques sur l’évolution transitoire des grandeurs thermiques (flux de chaleur à l’interface paroi-fluide et distribution radiale de température) et sur les grandeurs dynamiques (coefficient de frottement et champs vecteurs vitesses).

ON PROPOSE UNE ETUDE NUMERIQUE 2D DES ECOULEMENTS LAMINAIRES DE CONVECTION MIXTE EN CONDUITE RECTANGULAIRE HORIZONTALE CHAUFFEE PAR LE BAS (ECOULEMENTS DE POISEUILLE-BENARD). LA METHODE DE RESOLUTION EST DE TYPE VOLUMES FINIS ; ELLE EST BASEE SUR LA METHODE DU LAGRANGIEN AUGMENTE. ON PRESENTE UNE REVUE EXHAUSTIVE DES TRAVAUX EFFECTUES SUR CE SUJET. ON RAPPORTE DE MANIERE DETAILLEE LES RESULTATS DE TROIS THESES, ANALYSANT LA STABILITE LINEAIRE DE L'ECOULEMENT DE POISEUILLE ET LA STABILITE FAIBLEMENT NON-LINEAIRE DES ROULEAUX THERMOCONVECTIFS TRANSVERSES A L'AXE DE LA CONDUITE (RT), ET FOURNISSANT DES MESURES EXPERIMENTALES TRES FINES DES CHAMPS DE VITESSE DANS LES DOMAINES LINEAIRES ET NON-LINEAIRES. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'ETUDIER DANS QUELLE MESURE LES SIMULATIONS NUMERIQUES S'ACCORDENT AVEC THEORIES ET EXPERIENCES EN EFFECTUANT DES COMPARAISONS QUANTITATIVES SYSTEMATIQUES AVEC CES TROIS THESES. ON ETUDIE L'INFLUENCE DES CONDITIONS AUX LIMITES OUVERTES (CLO) ET PERIODIQUES (CLP) SUR LA STABILITE ET SUR LE DEVELOPPEMENT SPATIAL ET TEMPOREL DES RT, EN PRENANT EN COMPTE LE CARACTERE CONVECTIF OU ABSOLU DE L'INSTABILITE. ON TESTE CINQ SORTES DE CLO. ON MONTRE QUE L'AMPLITUDE DE LA PERTURBATION EN AMONT DE LA FRONTIERE DE SORTIE PEUT CONSIDERABLEMENT VARIER D'UNE CLO A L'AUTRE, ALORS QUE LA LONGUEUR DE LA ZONE PERTURBEE VARIE TRES PEU, ET QUE LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT EN DEHORS DE LA ZONE PERTURBEE SE CONSERVE. AVEC LES CLP, LES RT TRANSITENT VERS L'ECOULEMENT DE POISEUILLE AU PASSAGE DU SEUIL ENTRE INSTABILITE CONVECTIVE ET STABILITE LINEAIRE. AVEC LES CLO, CETTE TRANSITION A LIEU PRES DU SEUIL ENTRE INSTABILITE ABSOLUE ET INSTABILITE CONVECTIVE. TOUS LES RESULTATS DE LA STABILITE FAIBLEMENT NON-LINEAIRE SONT REPRODUITS PAR LA SIMULATION 2D ET CERTAINS RESULTATS EXPERIMENTAUX 3D SONT RETROUVES AVEC UNE TRES GRANDE PRECISION. ENFIN, ON MET EN EVIDENCE LES POINTS NECESSITANT DES APPROFONDISSEMENTS OU NE POUVANT ETRE TRAITES QUE PAR LA SIMULATION NUMERIQUE 3D.

Ce travail de recherche s’inscrit dans le contexte de l’approche des connaissances fondamentales de la convection mixte laminaire à l’intérieur des conduites. Pour cela, un travail tant numérique (code de calcul Fluent) que expérimental (technique PIV) a été entrepris. Dans une première partie, cette investigation s’articule autour de l’écoulement en convection mixte dans un tube incliné isotherme. Les résultats montrent l’influence de l’inclinaison du tube sur l’apparition, l’ampleur et la position des zones de renversement. La deuxième partie concerne le transfert thermique en convection mixte entre deux fluides. L’étude s’intéresse à une configuration verticale d’un échangeur de chaleur bitube avec des écoulements en parallèle. Nous concluons ainsi qu’un modèle basé seulement sur la convection forcée ou un modèle réduisant le transfert thermique à la paroi à une condition de type température (ou flux thermique) uniforme n’est pas satisfaisant ni suffisant pour les cas considérés.

CE TRAVAIL A PORTE SUR L'ETUDE DES ECOULEMENTS DE CONVECTION MIXTE ENGENDRE PAR UN JET NON ISOTHERME EN ESPACE CONFINE. IL S'INSCRIT PARMI LES TRAVAUX CONCERNANT LA CONNAISSANCE DE LA CIRCULATION DE L'AIR ET DES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS L'HABITAT, CONDITIONNE PAR UN SYSTEME DE CHAUFFAGE OU DE VENTILATION. UN OUTIL NUMERIQUE DE TYPE VOLUMES FINIS A ETE ADAPTE A CES CONFIGURATIONS D'ECOULEMENT DE CONVECTION MIXTE, EN REGIME LAMINAIRE, TURBULENT (K), 2D ET 3D. UNE ETUDE PARAMETRIQUE A MIS EN EVIDENCE DES RESULTATS TOUT A FAIT ORIGINAUX CONCERNANT UN CHANGEMENT BRUTAL DE LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT, CARACTERISE PAR UN NOMBRE DE RICHARDSON CRITIQUE. CETTE VALEUR CRITIQUE EVOLUE EN FONCTION DU NOMBRE DE REYNOLDS ET SELON LA VALEUR DES RAPPORTS DES GRANDEURS GEOMETRIQUES. UNE APPROCHE DES ECOULEMENTS REELS A MONTRE LES PERSPECTIVES D'EXPLOITATION DE CE CODE DE CALCUL, PARTICULIEREMENT INTERESSANTES DANS LE CAS D'ETUDES PARAMETRIQUES A CARACTERE SEMI-QUANTITATIF

LES TRANSFERTS DE QUANTITE DE MOUVEMENT ET DE CHALEUR PAR CONVECTION MIXTE DUS A LA ROTATION ET AU CHAUFFAGE DIFFERENTIEL DANS DES ESPACES ANNULAIRES CYLINDRIQUES VERTICAUX SONT ETUDIES NUMERIQUEMENT. UN CODE DE CALCUL A ETE DEVELOPPE. IL UTILISE LA METHODE DES VOLUMES FINIS POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DE CONSERVATION EN FORMULATION VITESSE-PRESSION. UNE ETUDE PARAMETRIQUE A ETE MENEE AFIN DE QUANTIFIER LES EFFETS DES PARAMETRES ADIMENSIONNELS GOUVERNANT LE SYSTEME. L'ACCENT EST MIS SUR L'EFFET DE LA ROTATION A TRAVERS LE NOMBRE DE REYNOLDS ET SUR L'EFFET DE L'ECART DE TEMPERATURE A TRAVERS LE NOMBRE DE RAYLEIGH. ON MONTRE QUE LA ROTATION FAVORISE L'ECHANGE THERMIQUE, SAUF QUAND CELLE-CI EST FAIBLE ET EN PRESENCE DE FORCE DE GRAVITE. LA FORCE CENTRIFUGE ET LA FORCE D'ARCHIMEDE ONT, DANS CE CAS, DES EFFETS INVERSES. UNE PARTIE DE LA THESE CONCERNE L'ETUDE DE LA MISE EN TEMPERATURE D'UN FLUIDE NEWTONIEN CONFINE DANS UN RECIPIENT CYLINDRIQUE ET THERMIQUEMENT ISOLE. IL Y PLONGE UN ELEMENT CHAUFFANT CYLINDRIQUE. LA MISE EN ROTATION DE L'ELEMENT CHAUFFANT ACCELERE PLUS LE PROCESSUS DE CHAUFFAGE PAR RAPPORT AU CAS OU LE RECIPIENT TOURNE. EN PRESENCE DE FORTS GRADIENTS THERMIQUES, LES GAINS EN TEMPS DE CHAUFFAGE DUS A LA ROTATION SONT FAIBLES SI BIEN QU'IL EST INUTILE DE FAIRE TOURNER L'UN DES ELEMENTS. LE CODE DE CALCUL A ETE ETENDU POUR LA PRISE EN COMPTE DE FLUIDES NON-NEWTONIENS VISQUEUX. POUR LE MODELE EN PUISSANCE, LA ROTATION EST PREDOMINANTE POUR UN FLUIDE DILATANT ALORS QUE C'EST L'EFFET DE LA CONVECTION NATURELLE QUI L'EMPORTE POUR LES FLUIDES PSEUDOPLASTIQUES. LE DEUXIEME MODELE ETUDIE EST LE MODELE DE CARREAU OU NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE DES ECOULEMENTS OSCILLATOIRES D'ORIGINE PUREMENT DYNAMIQUE POUR LES FAIBLES INDICES DE COMPORTEMENT. NOUS NOUS SOMMES ENSUITE INTERESSES A DES PROBLEMES DE BIFURCATION DANS L'ECOULEMENT DE TAYLOR-COUETTE ISOTHERME AVEC TRANSLATION UNIFORME D'UNE DES DEUX COURONNES. AU VOISINAGE DES POINTS DE BIFURCATION, ON MONTRE LA MULTIPLICITE DES SOLUTIONS SUIVANT LE CHEMIN TRANSITOIRE SUIVI