en fr Numerical simulation and stability of mixed convection flows in rectangular channels heated from below Simulation numérique et stabilité des écoulements de convection mixte en conduite rectangulaire chauffée par le bas Reportar como inadecuado




en fr Numerical simulation and stability of mixed convection flows in rectangular channels heated from below Simulation numérique et stabilité des écoulements de convection mixte en conduite rectangulaire chauffée par le bas - Descarga este documento en PDF. Documentación en PDF para descargar gratis. Disponible también para leer online.

1 TCM IMFT - Institut de mécanique des fluides de Toulouse, MSME - Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle

Abstract : A two-dimensional numerical analysis of the laminar mixed convection flows in horizontal rectangular ducts heated from below also called -Poiseuille-Rayleigh-Bénard flows- is presented. The algorithm is based on the augmented Lagrangian method and a finite volume type discretisation is used. An exhaustive bibliographical review of the studies on this subject is presented, and three PhD thesis are presented more in detail. They analyse the linear stability of the Poiseuille flow and the weakly non-linear stability of the thermoconvective rolls, transverse to the axis of the duct; they also present very fine experimental measures of the velocity fields in the linear and non-linear domains. The main objective of our work is to study in which degree the numerical simulations are able to reproduce the theoretical and experimental results, by means of systematic quantitative comparisons with these three thesis. The influence of the open and periodic boundary conditions upon the stability and space and time evolution of the transversal rolls is studied, taking into account the convective or absolute character of the instability. Five different open boundary conditions are tested. The amplitude of the perturbation upstream of the outlet boundary is shown to vary significantly from one open boundary condition to the other; on the other hand, the length of the perturbed zone and the structure of the flow outside this zone nearly not vary and can be considered as being constant. With the periodic boundary conditions, the transition between the transversal rolls and the Poiseuille flow occurs at the border between the convective instability and the linear stability regions. While with the open boundary conditions, this transition occurs between the absolute and convective instability regions. All the results of the weakly non-linear stability theory are reproduced by the 2D numerical simulations and some of the 3D experimental results are reproduced very precisely. The problems that have to be worken on are enlighted, some of them being able to be treated only with 3D numerical simulations.

Résumé : Nous proposons une étude numérique bidimensionnelle des écoulements laminaires de convection mixte en conduite rectangulaire horizontale chauffée par le bas encore appelés -écoulements de Poiseuille-Rayleigh-Bénard-. La méthode de résolution est de type volumes finis; elle est basée sur la méthode du Lagrangien augmenté. Nous présentons une revue bibliographique, historique et complète, des travaux effectués sur ce sujet. Nous rapportons de manière détaillée les résultats de trois thèses, analysant la stabilité linéaire de l-écoulement de Poiseuille et la stabilité faiblement non-linéaire des rouleaux thermoconvectifs transverses à l-axe de la conduite, et fournissant des mesures expérimentales très fines des champs de vitesse dans les domaines linéaires et non-linéaires. L-objectif de ce travail est d-étudier dans quelle mesure les simulations numériques s-accordent avec théories et expériences en effectuant des comparaisons quantitatives systématiques avec ces trois thèses. Nous étudions l-influence des conditions aux limites ouvertes et périodiques sur la stabilité et sur le développement spatial et temporel des rouleaux transversaux, en prenant en compte le caractère convectif ou absolu de l-instabilité. Cinq sortes de conditions aux limites ouvertes sont testées. On montre que l-amplitude de la perturbation en amont de la frontière de sortie peut considérablement varier d-une condition à l-autre, alors que la longueur de la zone perturbée varie très peu, et que la structure de l-écoulement en dehors de la zone perturbée se conserve. Avec les conditions aux limites périodiques, les rouleaux transversaux transitent vers l-écoulement de Poiseuille au passage du seuil entre instabilité convective et stabilité linéaire. Avec les conditions aux limites ouvertes, cette transition a lieu près du seuil entre instabilité absolue et instabilité convective. Tous les résultats de la stabilité faiblement non-linéaire sont reproduits par la simulation 2D, et certains résultats expérimentaux 3D sont retrouvés avec une grande précision. On montre que les points de désaccord qui sont mis en évidence résultent d-effets purement tridimensionnels et qu-ils ne pourront donc être traités que par la simulation numérique 3D.

en fr

Keywords : Mixed convection rectangular channel Thermoconvective rolls Convective instability Linear stability Finite volume method Augmented Lagrangian Open boundary conditions Periodic boundary conditions bibliographical review

Mots-clés : Convection mixte Poiseuille-Rayleigh-Bénard canal rectangulaire rouleaux de convection Instabilité convective Stabilité linéaire Volumes finis Lagrangien augmenté Conditions aux limites ouvertes Conditions aux limites périodiques Revue bibliographique





Autor: Xavier Nicolas -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



DESCARGAR PDF




Documentos relacionados