Dissertations / Theses: 'Échangeurs de chaleur – Simulation, Méthodes de'

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Averous, David. "Modélisation et simulation des échangeurs de chaleur multifluides à plaques brasées en configurations complexes." Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT004G.

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Abstract:

Les échangeurs à plaques brasées sont des appareils complexes. Pour mieux les connaître, nous présentons dans la première partie de ce chapitre, une description technique de l'appareil ainsi que de son fonctionnement. Ces aspects sont illustrés sur les exemples qui nous servent de fil rouge, intoduits dans les deux parties suivantes. La dernière partie fait la synthèse des besoins en calcul pour ce type d'échangeur. L'état des lieux des codes de simulation existants met en évidence deux points : la nécessité de développer les modèles en trois dimensions pour pouvoir simuler les configurations complexes faisant intervenir à la fois des courants croisés et des courants parallèles ; c'est l'objet du chapitre II, et la nécessité de nouvelles méthodes numériques, qui sont développées aux chapitres III et IV. Nous illustrons les résultats obtenus sur nos exemples dans le chapitre V.

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Barbouchi, Sami. "Pompe à chaleur haute température pour la réhabilitation des systèmes de chauffage dans le résidentiel." Paris, ENMP, 2007. http://www.theses.fr/2007ENMP1648.

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Abstract:

Le changement climatique et la diminution des ressources énergiques amènent à chercher des solutions nouvelles afin d’améliorer l’efficacité énergétique et réduire les émissions des gaz à effet de serre. En France, le chauffage du bâtiment constitue 22% de la consommation d’énergie finale et 7% des émissions de CO2. Le parc de bâtiments se renouvelle très lentement (de l’ordre de 1% par an). Ainsi la diminution rapide (de l’ordre de quinze ans) du niveau d’émissions de CO2 repose sur un ensemble de solutions techniques adaptées au marché de la réhabilitation. C’est dans ce cadre que s’inscrit le développement d’une pompe à chaleur (PAC) à haute efficacité énergétique. Toutefois, afin de relever ce défi, elle doit répondre aux différentes contraintes de la réhabilitation, notamment en termes de température de distribution. Techniquement, elle doit pouvoir présenter des performances élevées, aussi bien à basse température d’air extérieur (quand l’écart entre la source froide et le puits chaud est grand) qu’à des températures d’air extérieur modérées (quand l’écart entre la source froide et le puits chaud devient plus faible). Pour répondre à ces exigences techniques, une solution bi-étagée permettant un passage simple en configuration mono-étagée a été retenue. Ayant choisi cette solution, un travail de dimensionnement sur les différents composants de la machine a été réalisé avec une attention particulière portée à la sensibilité des différents paramètres de dimensionnement sur la performance énergétique globale de la pompe à chaleur. Il a été également possible en modélisant les différents composants de simuler le fonctionnement de la pompe à chaleur et de comparer les résultats de cette simulation à des résultats d’essais obtenus sur un prototype. A partir de ces résultats d’essais, un outil permettant de modéliser des maisons individuelles et leur système de chauffage a été adapté, afin d’aboutir à un calcul de COP saisonnier et d’étudier le comportement du système. Enfin, afin d’améliorer les performances saisonnières, le gain de la puissance variable à travers la variation de vitesse a été évalué grâce à un prototype et des calculs de COP saisonniers, démontrant ainsi son intérêt
Climate change and the decrease in energy resources lead to seek for new solutions in order to improve energy efficiency and reduce emissions of greenhouse gases. In France, heating of buildings constitutes 22% of final energy consumption and 7% of CO2 emissions. The renewal of the installed base of buildings is slow (in the range of 1% per year). Thus the fast decrease (in the range of fifteen years) in CO2 emissions depends on the number of technical solutions adapted to the refurbishing market. Within this context, a high-energy efficiency heat pump has been developed. However, to take up the challenge, such a heat pump has to comply with various refurbishing constraints, especially in terms of temperature distribution. Its technical performances have to be high, for low outdoor air temperature (large temperature difference between the cold source and the hot sink) as well as moderate outdoor air temperature (lower temperature difference between the cold source and the hot sink). To comply with those technical requirements, a two-stage system allowing an easy switch to single stage configuration has been selected. Then the various components of the system have been designed with a specific attention to the sensitivity of the different design parameters on the global energy efficiency of the heat pump. The modelling of the components has allowed simulating the operation of the heat pump and to compare the results to tests results obtained on a prototype. Based on these test results, a computational tool has been developed for the simulation of single houses and their heating system, leading to the calculation of the HSPF (heating seasonal performance factor), and the study of the system behaviour. In order to improve seasonal performances, the gain of variable capacity through speed variation has been evaluated using a prototype and calculations of HSPF, showing its interest

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Fan, Yilin. "Distribution des fluides et intensification des transferts thermiques dans un échangeur thermique par l'intégration des distributeurs constructals." Chambéry, 2008. http://www.theses.fr/2008CHAMS040.

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Abstract:

Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, la modélisation, l'expérimentation et l'optimisation des distributeurs multi-échelles. La fonction de tels distributeurs est de fournir une quantité contrôlée ou un débit de fluide à une série de canaux en parallèle. L'alimentation uniforme des canaux d'un échangeur thermique multitubulaire intensifie les transferts thermiques avec la plus faible perte de charge possible. Leurs structures internes multi-échelles sont optimisées en minimisant simultanément la dissipation visqueuse et le temps de passage selon "la théorie constructale". Des prototypes constructals en polymère et en métal sont fabriqués à l'aide de la méthode de stéréolithographie. Des prototypes de distributeurs ont été assemblés avec un mini échangeur thermique à courants croisés afin d'évaluer les effets de la distribution des fluides sur ses performances thermiques et hydrauliques, par la modélisation numérique (CFD) et par des expérimentations, Nous avons étudié l'intensification des transferts thermiques réalisée par la distribution uniforme et l'équilibre thermo-hydraulique. L'intégration du collecteur constructal à la sortie de l'échangeur thermique conduit à une distribution uniforme et par conséquent intensifie les transferts thermiques. C'est également la configuration la plus avantageuse, en considérant le compromis entre l'intensification des transferts thermiques et la dissipation de la puissance de pompage. Les résultats peuvent fournir des informations et des idées originales pour la conception et I' optimisation des échangeurs et des systèmes de distribution de fluides
This thesis contributes to the advances in the conception, fabrication, modeling, experiment, and optimization of multi-scale fluid distributors. The function of such fluid distributors is to deliver a controlled amount or rate of fluid to an array of distributing ports, in order for example to feed uniformly the channels of a multi-channel heat exchanger and consequently intensify the heat transfer with the least increase of pressure drop. Their multi-scale internal channel structures are optimized by minimizing the viscous dissipation and the residence time simultaneously according to the "constructal theory". Polymer and metallic prototypes of the constructal components were fabricated using Stereolithography. Constructal distributor prototypes were assembled with a mini crossflow heat- exchanger to evaluate the effects of flow distribution on its thermal and hydraulic performances by experiments and by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The enhancement of heat transfer realized by flow uniform distribution and the thermal- hydraulic balance are discussed. The results indicate that the integration of one constructal collector at the outlet of the heat exchanger can approach the uniform flow distribution and consequently better intensify the heat transfer. It is also the most advantageous configuration based on a balanced consideration of heat transfer intensification and pump power consumption under the investigation conditions. The results may provide some original information and thoughts to the design and optimization of heat exchangers and flow distribution/collection systems

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Tang, Fu-Jiao. "Investigation numérique sur l'échangeur de chaleur installé dans des sols peu profonds." Thesis, Strasbourg, 2019. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2019/TANG_Fujiao_2019_ED269.pdf.

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Abstract:

La géothermie peu profonde est une énergie qui peut aider l'humanité à atteindre les objectifs du développement durable. Le système de pompe à chaleur géothermique est utilisé pour bénéficier de cette énergie. En tant qu'élément principal du système, la performance de l'échangeur de chaleur souterrain influence directement son efficacité énergétique. Les échangeurs de chaleur souterrains peu profonds sont normalement installés dans les sols, qui présentent une grande hétérogénéité des propriétés hydrothermales. L'objectif principal de ce projet est d'identifier le comportement des échangeurs de chaleur souterrains dans les sols. En résumé, les enquêtes suivantes ont été menées : la première consiste à introduire le transfert hydrothermique dans la modélisation numérique des échangeurs géothermiques installés sur un site en Alsace (France) ; la seconde enquête consiste à identifier les facteurs qui influencent la performance d'un échangeur de chaleur de forage peu profond installé dans les sols ; la troisième étude concerne l'analyse de sensibilité des essais de réponse thermique pour les échangeurs de chaleur de forage installés dans les sols ; la dernière étude traite l'identification de la différence de performance d'un modèle de simulation numérique avec les limites de Neumann et de Dirichlet à la surface du sol pour un échangeur horizontal de chaleur souterraine
Shallow geothermal energy is an energy that can help humanity to reach the goal of sustainable development. Ground-Coupled Heat Pump system is traditionally used to benefit this energy. As a main element of the system, ground heat exchanger performance directly influences its energy efficiency. The shallow ground heat exchangers are normally installed in soils, which show high heterogeneity of hydrothermal properties along the soil profiles. The main objective of this project is identifying how ground heat exchanger behaves in the soil. In summary, the following investigations were conducted: the first is introducing hydrothermal transfer in the numerical modeling of Borehole Heat Exchanger installed at a site in Alsace region (France); the second is identifying the factors influencing the performance of a shallow Borehole Heat Exchanger installed in soils; the third is conducting sensitive analysis of Thermal Response Tests for Borehole Heat Exchanger installed in soils; the fourth is identifying the performance difference of a numerical simulation model with Neumann and Dirichlet boundaries on the ground surface for a Horizontal Ground Heat Exchanger

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Sarraf, Kifah. "Echangeurs à plaques corruguées en mode monophasique et en condensation : études expérimentale, numérique et analytique, et analyse des écoulements et des transferts thermiques." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4760/document.

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Abstract:

Ce travail de recherche examine aux échelles globale et locale les caractéristiques thermo-hydrauliques au sein des échangeurs à plaques ondulées pour les écoulements monophasiques et en mode condensation. Il comprend deux parties :La première partie concerne l'analyse des structures d'écoulement en mode monophasique à partir d'un outil de simulations numériques, et dont les résultats sont validés à partir d'une campagne expérimentale. L'exploitation des résultats de simulations, à partir d'observables judicieusement sélectionnées, a permis de quantifier les grandes classes d'écoulement en fonction des paramètres géométriques et fluidiques de l'échangeur. Ce nouvel éclairement sur les structures d'écoulement a conduit à la proposition d'un modèle général original sur les lois de friction au sein de ces échangeurs de géométrie d'écoulement complexe.La deuxième partie concerne l'étude de la condensation de la vapeur avec et sans surchauffe en entrée de l'échangeur. Ainsi, un dispositif expérimental permettant le contrôle précis des conditions aux limites a été développé, et une métrologie spécifique, basée sur la thermographie infrarouge a également été mis au point, afin de remonter à certaines grandeurs locales le long du condenseur (titre de vapeur, coefficient d'échange thermique...). On observe ainsi une très forte variabilité des coefficients d'échanges thermiques et de la densité de flux de chaleur le long du condenseur, et la surchauffe de la vapeur tend à intensifier les transferts thermiques. Ce complément de mesures remet en question certaines hypothèses de la littérature quant à l'élaboration de corrélations sur les transferts de chaleur dans les condenseurs
This research work examines at the global and local scales the thermo-hydraulic characteristics of plate heat exchangers with corrugated chevron plates, for single-phase and condensation flows. The study is divided into two parts:The first part concerns the analysis of flow structures of single-phase flows using numerical simulations, which are validated using the results of the experimental campaign. The analysis of the simulations results, from a flow characteristic observable that has been carefully chosen, has allowed quantifying the main flow categories as a function of the heat exchanger geometric parameters and the flow characteristics. This new information on the flow structures has led to the proposal of an original generalized model of the friction law inside this type of heat exchanger with complex geometry.The second part concerns the study of condensation with and without vapor superheating at the inlet of the heat exchanger. Thus, a specific experimental setup allowing precise control of the boundary conditions has been developed. Otherwise a specific metrology, based on infrared thermography, has been set to the point in order to determine the variation of certain local quantities along the condenser (vapor mass fraction, heat transfer coefficient...). Thus, we observe a high and wide variability of the heat transfer coefficients and the heat flux density along the condenser, and the superheating of the vapor tends to increase the heat transfers. These additional measures question certain assumptions of the literature regarding the development of heat transfer correlations in plate heat condensers

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Aoun, Bernard. "Micro-cogénération pour les bâtiments résidentiels fonctionnant avec des énergies renouvelables." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005092.

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Abstract:

La consommation d'énergie des secteurs résidentiel et tertiaire constitue 43 % de la consommation finale nationale, correspondant à 25 % des émissions nationales de CO2. Différentes options techniques existent pour limiter les émissions CO2 dans ce secteur et pour améliorer la performance énergétique des bâtiments. Une de ces options est présentée et étudiée dans cette thèse : le développement d'un système de micro-cogénération fonctionnant avec des énergies renouvelables l'une intermittente (le solaire), l'autre non (une chaudière à bois). Les systèmes de micro-cogénération conventionnels ont été analysés. Le but de la thèse est de développer un système de micro-cogénération basé sur un cycle organique et fonctionnant sur ces énergies renouvelables aux caractéristiques différentes. Plusieurs fluides de travail permettant d'atteindre des performances thermodynamiques élevées ont été comparés. Une analyse technologique a permis d'identifier les technologies les plus adaptées ou adaptables pour chacun des composants du système dépendant du fluide de travail choisi. Un banc d'essais a été conçu et réalisé pour tester et caractériser une turbine spiro-orbitale fonctionnant avec la vapeur d'eau et adaptée au système de micro-cogénération. Les composants du banc d'essais ont été dimensionnés en utilisant des outils informatiques de modélisation des cycles organiques. Un outil de simulation dynamique a été développé pour simuler le fonctionnement annuel de la micro-cogénération fonctionnant sous différentes conditions climatiques et charges thermiques. Les résultats ont démontré qu'il est possible d'économiser plus de 40 % d'énergie primaire et 60 % en émissions de CO2 par rapport à des bâtiments conformes à la réglementation thermique la plus récente (RT2005). Le coût de production de 1 kWel a été calculé selon un modèle économique ; ce prix, 50 c€/kWhel, reste élevé comparé à d'autres technologies.

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Pingaud, Hervé. "Simulation statique et simulation dynamique des échangeurs à plaques brasées." Toulouse, INPT, 1988. http://www.theses.fr/1988INPT028G.

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Abstract:

Programme integrant toutes les configurations de cette categorie d'echangeurs, a partir d'une description precise de sa geometrie. Determination des limites de son fonctionnement, particulierement des deviations des flux thermiques entre les passages. Description du modele. Illustration des performances du programme par quelques exemples en regimes permanent et transitoire

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Weber, Christophe. "Développement de méthodes d'analyse avancées de données expérimentales sur les phénomènes d'encrassement d'échangeurs thermiques en conditions réelles de fonctionnement." Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT4045.

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Abstract:

L’absence d’outils dédiés, permettant aux industriels d’agir efficacement sur les phénomènes d’encrassement des échangeurs thermiques est à l’origine de cette étude. L’objet de la thèse est de construire une méthodologie pour permettre d’évaluer in situ les paramètres caractéristiques de l’effet d’encrassement, de mettre en œuvre et de valider ensuite des méthodes d’analyse de ces données pour en extraire un outil de prédiction des effets d’encrassement à partir de la connaissance d’un nombre réduit de données de fonctionnement. Cette démarche réalisée pour différents systèmes thermohydrauliques identifiés et instrumentés privilégie des processus d’encrassement dans des récupérateurs thermiques sur fumées et gaz de combustion ainsi que sur des eaux chargées. Nous concentrerons nos efforts sur les phénomènes d’encrassement d’échangeurs en environnement réel, en insistant sur le développement des méthodologies d’identification des cinétiques d’encrassement et sur les démarches de validation pour des cas concrets. Enfin, une application de programme de maintenance, par différentes stratégies de nettoyage limitant les dégradations de l’efficacité des installations étudiées, sera conduite : elle permettra d’identifier les stratégies les plus adaptées. La finalité de la démarche étant destinée à terme, pour une installation quelconque, de développer un outil expert à partir d’un nombre réduit d’informations. Celui-ci permettrait d’évaluer la cinétique d’encrassement de l’équipement thermique pour une période future et d’élaborer une pratique de maintenance dans la perspective d’une réduction des coûts énergétiques et des coûts d’intervention
The lack of dedicated tools, enabling at industrials to act effectively on the fouling phenomena in heat exchanger is the origin of this study. The purpose of the thesis is to develop a methodology in order to assess - in situ -at the characteristic parameters of the fouling effects, implement and then validate the data analysis methods to extract a fouling effects prediction tools from the knowledge of a limited number of operating data. This approach realized for different identified and instrumented thermohydraulic systems favors the fouling process in heat exchangers on charged water. We will focus on the phenomena of fouling of heat exchangers in a real environment, with emphasis on the development of methodologies to identify the fouling kinetic's and on the approach for validation of practical and concrete cases. Finally, application of a maintenance program by different cleaning strategies limiting the degradation of the efficiency of the facilities studied will be conducted: it will identify the most appropriate strategies. The purpose of the initiative, intended to run for any installation, is to develop an expert tool from reduced amount of information. This tool assesses to evaluate the kinetics of fouling of the thermal equipment for a future period and develop a maintenance practice from the perspective of reducing energy costs and costs of intervention

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Thiers, Stéphane. "Bilans énergétiques et environnementaux de bâtiments à énergie positive." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004692.

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Abstract:

Le « bâtiment à énergie positive » est un concept de bâtiment très performant. Il peut constituer l'une des réponses possibles aux défis énergétiques et environnementaux d'aujourd'hui. Pourtant il est encore peu connu et peu mis en œuvre. À la lumière de quelques réalisations, ce concept a été défini et caractérisé, puis différents outils et méthodes ont été identifiés pour permettre l'analyse des performances d'un bâtiment. Compte tenu des spécificités techniques des bâtiments à énergie positive, deux solutions technologiques ont été plus particulièrement étudiées : un système de ventilation intégrant un échangeur air-sol a été modélisé puis validé à partir de données de mesure ; un système de chauffage aéraulique à micro-cogénération a été modélisé à partir de données issues d'un banc d'essai dédié. Les modèles de ces deux systèmes ont été intégrés à un outil de simulation thermique du bâtiment. L'analyse énergétique et environnementale a été appliquée à trois bâtiments réels très performants équipés de différents systèmes de chauffage, à partir de l'outil amélioré et des méthodes les plus adaptées. Le choix du système de chauffage mais aussi les critères d'évaluation retenus influencent fortement les résultats obtenus. Le bâtiment à énergie positive (bilan en énergie primaire) représente la meilleure solution pour la majorité des impacts environnementaux étudiés. L'analyse des impacts sur le cycle de vie et le calcul de la demande cumulative d'énergie permettent de caractériser finement ses performances environnementales.

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Cazenave, Florian. "Modélisation et simulation de l’encrassement des échangeurs de chaleur pour eaux géothermales." Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3013/document.

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Abstract:

Dans le cadre de la thématique consacrée à la transition énergétique, le Laboratoire de Thermique Energétique et Procédés (LaTEP) travaille sur la géothermie profonde. Cette thèse se focalise sur l’étude de l’encrassement des échangeurs de chaleur de surface et plus spécifiquement sur la modélisation et la simulation de l’évolution d’un dépôt. L’encrassement conduit à des pertes d’efficacité et nécessite la mise en place de moyens de prévention ou de nettoyage, entraînant d’importants surcoûts. Le modèle général proposé décrit des réactions hétérogènes entre deux phases multi-constituantes, l’une liquide et l’autre solide. La phase liquide est une solution contenant des ions dilués dans un solvant, tandis que le solide est composé de constituants immobiles. L’électro-migration des espèces est prise en compte dans la description. L’interface entre les deux phases est le siège de multiples réactions hétérogènes. Les conditions aux limites faisant intervenir la vitesse de l’interface permettent le couplage complet entre les deux domaines. Ce modèle général est ensuite appliqué au cas particulier de l’encrassement d’un tube par formation de sels et résolu à l’aide de Comsol Multiphysics. La simulation d’un cas simplifié d’encrassement par le sulfate de baryum a permis d’analyser la phénoménologie de la croissance du dépôt et de mettre en évidence les effets des évolutions de la solubilité et de la cinétique via la chute de température dans le tube, ainsi que de la mobilité radiale des espèces par diffusion qui limite la croissance. L’électro-migration participe significativement au transport mais n’influence pas l’épaisseur du dépôt. L’hypothèse d’une réaction de cristallisation de la barytine instantanément équilibrée conduit à une forte surestimation de l’encrassement. La composition de l’eau est ensuite complexifiée afin d’étudier l’influence de la présence du chlorure de sodium à 1 mol.L-1, puis d’ions strontium et ainsi la co-précipitation de barytine et de célestine
In the framework of the theme devoted to the energy transition, the “Laboratoire de Thermique Energétique et Procédés” (LaTEP) is working on deep geothermal energy. This thesis focuses on the study of the fouling phenomenon of surface heat exchangers and more specifically on the modelling and the simulation of the evolution of a deposit. Fouling leads to loss of efficiency and requires means of prevention and cleaning, leading to huge over-costs. The proposed general model describes heterogeneous reactions between two multi-component phases, one liquid and the other solid. The liquid phase is a solution containing ions diluted in a solvent, while the solid is composed of immobile constituents. Transport by electro-migration is taken into account in the description. At the interface between the two phases, multiple heterogeneous reactions occur. The boundary conditions involves the interface’s velocity and allow a complete coupling between the two domains. This general model is then applied to the particular case of fouling of a pipe by salt formation and is solved using Comsol Multiphysics. Simulation of a simplified case of fouling from barium sulfate allowed an analysis of the phenomenology of the deposit growth. It highlights the effects of changes in solubility and kinetics caused by the temperature drop in the tube, as well as the effect of radial mobility of the species by diffusion, limiting the growth. Electro-migration contributes significantly to transport but does not influence the thickness of the deposit. The hypothesis of an instantly balanced barite crystallization reaction leads to an overestimation of the fouling. In a second time, more species are added to the water’s composition in order to study the influence of the presence of sodium chloride at 1 mol.L-1. Finally, the addition of strontium ions leads to co-precipitation of barite and celestine

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El, Abbadi Abdelilah. "Développement de méthodes de mesure des transferts convectifs par thermographie infrarouge : application aux ailettes d'échangeurs à hautes performances." Valenciennes, 2006. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/1e108508-defe-4dbb-bc55-cf5ec4fdea4f.

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Abstract:

L'étude présentée dans ce mémoire rentre dans le cadre de la mesure et de l'amélioration du transfert convectif dans les échangeurs de chaleur à tubes et ailettes. Pour la mesure du coefficient de transfert thermique convectif deux techniques sont développées : Une méthode transitoire qui permet de calculer le coefficient de convection local à la surface d'ailettes faiblement conductrice de chaleur à température constante. Et une méthode inverse avec spécification de fonction et régularisation du deuxième ordre qui permet de calculer ce coefficient sur des ailettes en tenant compte de la conduction latérale dans ces dernières. Les deux méthodes nécessitent l'utilisation des champs de température que nous mesurons à l'aide d'un système de thermographie infrarouge. Ces techniques ont été ensuite appliquées à la caractérisation des ailettes d'échangeur. Elles ont permis également d'étudier une ailette à hautes performances thermiques. L'accroissement du transfert thermique sur la surface de cette dernière est obtenu par l'adjonction de perturbateurs
The study presented in this memory concern the measurement and the improvement of the convective heat transfer in finned tubes heat exchangers. For the measurement of convective heat transfer coefficient, two techniques are developed: A transient method that calculate local heat transfer coefficient on the surface of slightly heat conducting fins at constant temperature. And an inverse method with a second-order regularization to calculate this coefficient on fins by taking account of side conduction in these last one. The two methods require the use of temperature fields that we measure using an infrared thermography system. These techniques were then applied to the characterization of the fins of heat exchanger. They also allowed the study of high efficiency thermal fins. The increase of heat transfer on the surface of the latter ones is obtained by the addition of vortex generators

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Laurent, Mathieu. "Modélisation thermomécanique et analyse de la durabilité d'échangeurs thermiques à plaques soudées." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00961182.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de proposer une méthodologie simple pour évaluer l'intégrité et la durée de vie d'échangeurs thermiques soudés. Une approche à deux échelles est proposée. Une description macroscopique avec la prise en compte de la structure de l'échangeur est menée pour permettre des calculs thermoélastiques par éléments finis. La réponse mécanique de l'échangeur pour deschargements thermiques, cycliques, simples est évaluée. Notamment, les zones de concentration decontraintes sont repérées. A partir cette étude, une étude micromécanique du comportement dumatériau composant l'échangeur est menée. Le matériau considéré est un acier 316L. Soncomportement élastoplastique est identifié avec un écrouissage isotrope et cinématique. La tenuemécanique pour des chargements en fatigue oligocyclique est évaluée à l'aide d'un dispositif deflexion 4 points alternée et un critère de Manson-Coffin est identifié. Ce critère est utilisé pour évaluerle nombre de cycle admissible par l'échangeur pour une amplitude de chargement donnée. Pour cela,la déformation plastique attendue dans l'échangeur est évaluée à partir d'une équivalence en énergieaux endroits où la contrainte se concentre. Les prédictions du modèle ont été comparées de manièresatisfaisante avec les résultats expérimentaux menés sur un échangeur test, pour la réponsethermoélastique que pour l'évaluation du nombre de cycles à rupture.

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Jacquot, Cédric. "Transfert instationnaire de chaleur en échangeur récupérateur de moteur de fusée : simulation expérimentale en échangeur bitube." Nancy 1, 2007. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2007_0010_JACQUOT.pdf.

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Abstract:

Les objectifs de cette thèse concernent l'étude expérimentale des échangeurs bitubulaires de type gaz-gaz, en régimes instationnaires, pour des écoulements co et contre-courant. Ces régimes sont obtenus par perturbation de la température ou du débit de l'un des fluides en entrée du système. Après avoir dressé un état de l'art sur les échangeurs en régime transitoire, on étudie la réponse en température d’un échangeur sous deux approches distinctes. Dans un premier temps de façon globale en ne considérant que ses entrées et sorties; puis dans un second temps il est traité sous forme locale où l'on considère les différentes sections internes de l'échangeur. Dans ce second cas l’évolution des puissances échangées est prise en compte. La modélisation effectuée porte sur chacune des températures des fluides, et sur celles des deux parois, internes et externes. On montre que la réponse du système peut être obtenue en utilisant un modèle à une seule exponentielle pour les parois et le fluide non perturbé, tandis qu'un modèle à deux exponentielles est nécessaire pour rendre compte de l'évolution de la température du fluide perturbé. On constate qu'il existe dans l'échangeur une constante de temps propre à chaque sous système. L'utilisation d'une double exponentielle permet de rendre compte de la non idéalité de la perturbation, et implique la définition d'un paramètre de transition. Celui se substitue à la notion de temps de retard que l'on retrouve habituellement dans la modélisation des échangeurs de type liquide-liquide. Cette notion de temps de retard n'apparaît pas pour le fluide non perturbé et la paroi interne, par contre elle se retrouve pour la paroi externe
The present thesis is concerned by experimental study of gas-gas bitubular heat exchangers, submitted to transient conditions, for counter current and cocurrent configurations. The transient imposes conditions are respective to entrance temperature or mass flux from one of the system fluids. After a synthesis of the state of the art, a study of a bitubular heat exchanger is developed, with two different modelling approachs. The first one considers the heat exchanger system as a whole (lumped system analysis) : only entrance and exit state are concerned. In the second approach, the heat exchanger is modelled on a local point of view : the various local 1D sections are taken into account ; the transient heat exchanger response to the solicitation is reported relative to temperatures evolution, and also heat fluxes exchanged. The various exposed models allow to consider fluid temperatures, but also internal and external walls temperatures. It is shown that the temperature response of the system is obtained with a first order exponential model for the walls and the non perturbed fluid ; a two exponent model is necessary for the temperature of the perturbed fluid. So we observe that a specific time constant exist for each subsystem inside the HEX ; the biexponential model allows us to take account of the non ideality of the perturbation, and implies to introduce a transition parameter in place of time lag. This last notion currently used for liquid-liquid HEX has not been caracterized until now. The time lag does not appear in the models concerning perturbed fluid, and internal wall ; however this time lag is necessary to describe adequately the internal wall

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Hoyon, Guy. "Etude thermodynamique de l'encrassement des échangeurs de chaleur : application à la géométrie plane : simulation expérimentale par dépôt de glace." Nancy 1, 1997. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1997_0292_HOYON.pdf.

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Abstract:

Ce rapport est une étude de l'encrassement des échangeurs de chaleur à plaques. Le travail est abordé sous un angle nouveau, celui du critère entropique qui permet, à la fois de rendre compte des dégradations d'énergie mécanique, et thermique. Différents modèles sont développés : modèle mono-dimensionnel pour le demi-échangeur et l'échangeur complet ainsi que le modèle global pour l'échangeur complet (échangeur considéré comme une "boîte noire"). Ces modèles sont utilisés pour différents paramètres (températures, régimes et types d'écoulement) et adimensionnements (par rapport à la puissance initiale ou par rapport à l'état initial non encrassé) pour la configuration de base d'un éçhangeur à plaques. De plus l'étude de cas industriels pour des échangeurs à plaques corruguées a été menée en modèle global. L'aspect expérimental du travail , repose sur une simulation par dépôt de glace. Les divers montages utilisés ainsi que la métrologie empioyée sont détaillés. L'exploitation d'une première campagne de mesures a permis de comprendre l'influence de certains paramètres (températures, débits) dans la formation du dépôt de glace et de valider en partie les modèles décrits précédemment
This report is a study of plate heat exchangers fouling. This problem is dealt with a new point of view, the entropic criterion, which allows to take into account both the mechanical and therrmal energy losses. Different models are developped: mono-dimensionnal model for the half-exchanger and the whole exchanger. A global model for the whole exchanger (exchanger taken as a "black box") is also applied. These models are used with different kinds of parameters (temperatures, regimes and kinds. Of flow) and adimensionnements (compared with the initial power or compared with non fouling initial state) for the basic geometry of a plate exchanger. Moreover the study of industrial cases for corrugated plates heat exchangers is done for the global model. The experimental aspect of this work is an ice deposit simulation. The different devices used for this part are detailed. The analysis of the first results allowed to understand the influence of parameters like temperatures and flows, in the ice formation growth. These results agreed with the models described above, for the range of the experiments done

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Russeil, Serge. "Expérimentation et modélisation des transferts de chaleur et de masse dans un canal bidimensionnel : Application aux géométries complexes des échangeurs de chaleur." Valenciennes, 1997. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/045d17fe-3635-42b9-82b0-d1f122d8226d.

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Abstract:

L'étude menée concerne la condensation d'air humide dans un canal bidimensionnel vertical. L'application directe de cette étude est la prédiction des performances thermiques des batteries de tubes à ailettes planes continues fonctionnant en régime de condensation. Une étude bibliographique présente les phénomènes physiques fondamentaux mis en jeu et les méthodes de calcul des échangeurs thermiques. Elle montre l'intérêt d'employer des codes de calcul pour traiter dans ces géométries complexes : - les transferts combines de chaleur et de masse en présence de gaz incondensables, - et le couplage conducto-convectif sur les tubes et ailettes de l'échangeur. Une étude expérimentale de la condensation d'air humide dans un canal bidimensionnel est menée. Une base de données précise sur le domaine pratique d'utilisation des batteries industrielles est ainsi constituée. Elle permet la qualification de modèles numériques et aide à la compréhension des phénomènes au niveau global (puissance thermique totale, sensible et latente) et local (densité de flux pariétal). Des modélisations de la condensation de vapeurs en présence d'incondensables en convection forcée laminaire sont ensuite proposées. Intégrés dans des codes de calcul numérique, ces modèles numériques sont qualifiés à l'aide de nos résultats expérimentaux entre plaques planes. Enfin, une application directe au calcul des performances thermiques d'échangeurs à ailettes planes continues fonctionnant avec condensation de l'air humide est présentée.

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Dubot, Claire. "Modélisation CFD thermohydraulique des générateurs de vapeur et application de techniques de réduction de modèle." Electronic Thesis or Diss., La Rochelle, 2022. http://www.theses.fr/2022LAROS029.

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Abstract:

NAVAL GROUP mène une démarche R&D pour la modélisation et la simulation des échangeurs de chaleur qui a abouti au code de calcul thermohydraulique SIMEC-CFD. Celui-ci repose sur l’analogie entre le faisceau de tubes et un milieu poreux. Le générateur de vapeur est étudié. Il est proposé d’utiliser le modèle de mélange où la vitesse de dérive est reformulée comme une fonction du glissement afin d’implémenter un modèle connu et adapté aux écoulements dans les faisceaux de tubes. SIMEC-CFD est alimenté principalement par des corrélations empiriques. Pour pallier le manque de données dans la littérature, le recours à des techniques de réduction de modèle basées sur la POD est évalué afin de fournir des éléments plus précis à SIMEC-CFD. Celles-ci sont ainsi utilisées pour calculer rapidement l’écoulement et le coefficient d’échange intérieur-tube par un modèle réduit intrusif obtenu par projection de Galerkin des équations sur la base POD et pour définir la perte de charge diphasique par friction extérieur-tube par la méthode d’interpolation des solutions réduites Bi-CITSGM. Enfin, à moyen terme, l’objectif est d’enrichir la simulation de la boucle système à l’aide des simulations de SIMEC-CFD. Cependant, ces simulations CFD étant coûteuses en temps de calcul et en ressources, la réduction de modèle non intrusive par interpolation des coefficients paramétriques de l’échangeur complet est mise en œuvre
NAVAL GROUP has been carrying out a R&D approach for the modeling and simulation of heat exchangers. This led to the thermal-hydraulic calculation code SIMEC-CFD based on the analogy between the tube bundle and a porous medium. In this work, the steam generator is studied. It is proposed here to use the mixture model where the drift velocity is reformulated as a function of slip in order to implement a model from the literature suitable to flows in tube bundles. SIMEC-CFD is defined mainly by correlations or empirical models. To compensate for the lack of data in the literature, this thesis evaluates the use of model reduction techniques based on POD (Proper Orthogonal Decomposition) in order to supply more precise elements to SIMEC-CFD. These are thus used to calculate the flow and for the inside-tube heat exchange coefficient by a intrusive reduced order model obtained by Galerkin projection on the POD basis and to define the outside-tube two-phase friction pressure loss by the interpolation of reduced solutions Bi-CITSGM. Finally, in the near future, the aim is to expand the system simulation of the secondary loop using SIMEC-CFD. However, these CFD simulations being costly in computation time and in resources, the non-intrusive model reduction by interpolation of the parametric coefficients of the whole heat exchanger is implemented

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Quenum, Alphonse Codjo. "Étude de l'encrassement des échangeurs de chaleur en géométrie plane modélisation et simulation expérimentale par dépôt de glace." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1998. http://www.theses.fr/1998INPL139N.

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Abstract:

L’objet du présent rapport est l'étude de l'encrassement des échangeurs de chaleur à plaques. On s'intéresse à l'encrassement par changement de phase, et plus particulièrement à la solidification dans une phase liquide. Ce travail comporte deux parties : une première partie, qui est une étude numérique, permet d'explorer l'influence de certains paramètres (débit, température), le type de refroidissement (symétrique ou asymétrique), ainsi que l’aspect stationnaire et instationnaire du refroidissement et de la solidification. La seconde partie, qui est expérimentale, a permis d'analyser l'influence des paramètres tels que (débits et températures des deux fluides) sur l'évolution du dépôt de glace les résultats expérimentaux ont permis en outre de faire une application du critère entropique de l'étude thermodynamique de l'encrassement, développée sur la géométrie plane.

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Mathieu, Myriam. "Caractérisation expérimentale et analyse de fonctionnement d'un échangeur cyclone original." Nancy 1, 1994. http://www.theses.fr/1994NAN10430.

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Abstract:

L'objectif de cette étude consiste à définir et à optimiser les performances d'un échangeur de type cyclone. L'appareil est un cyclone dépoussiéreur légèrement modifié dans lequel ont été installés des serpentins constituant la surface d'échange. Une analyse bibliographique complète sur les cyclones dépoussiéreurs est présentée, montrant les limites des modèles analytiques et numériques mis en œuvre jusqu'à ce jour. L'installation construite pour répondre aux besoins de l'étude expérimentale est décrite précisément. Le choix des différents capteurs et la précision obtenue sur les performances recherchées sont exposés. En vue de limiter le nombre d'essais à effectuer pour définir les configurations optimales, la pertinence de la méthode Taguchi est évaluée. La méthode n'est pas totalement satisfaisante en raison des influences interactives des différents paramètres pris en compte. Deux configurations correspondant d'une part à des pertes de charge minimales et d'autre part à un échange de chaleur maximum sont proposées. Les corrélations donnant le coefficient d'échange global pour chacune des configurations sont construites à partir des résultats expérimentaux. Un programme permettant de prévoir les performances en déshumidification de l'appareil est proposé. Il prend en compte le phénomène de sursaturation de l'air à l'intérieur de l'échangeur. La puissance totale calculée correspond à 10% prés à la puissance mesurée.

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Smaili, Farida. "Contribution de la simulation dynamique à la conception optimale des réseaux d'échangeurs de chaleur : application à un procédé industriel." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0657.

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Abstract:

Les réseaux d'échangeurs de chaleur constituent une partie importante des procédés de transformation de la matière. Au cours des vingt-cinq dernières années, les travaux de recherche dans ce domaine ont connu un essor considérable ; cela s'est traduit par la proposition de méthodes permettant de concevoir de façon optimale de tels réseaux. Cependant, les questions se rapportant au comportement dynamique et au contrôle-commande de procédés industriels comportant un grand nombre d'échangeurs de chaleur ont été souvent négligées. En effet, la conception du réseau d'échangeurs de chaleur se fait habituellement après l'optimisation du procède et indépendamment de celle-ci. Or, la variation des paramètres du procédé a un grand impact sur le procédé lui-même et en particulier sur les apports thermiques au procède (utilités, échanges entre fluides chauds et fluides froids,). Cette étude a pour objectif sur un procédé industriel particulier de définir une méthodologie permettant d'optimiser la conduite d'un procédé industriel complexe en tenant compte simultanément des opérations unitaires du procédé et du réseau d'échangeurs de chaleur. Sur un procédé pétrolochimique complexe, fourni par l'institut français du pétrole, il a été réalisé tout d'abord la recherche d'un réseau d'échangeurs de chaleur par conception optimale, puis il a été envisage la possibilité d'utiliser la simulation dynamique, avec le logiciel SpeedUp, pour étudier le comportement dynamique de l'ensemble (opérations du procédé + réseau d'échangeurs de chaleur) ; la stabilité du procédé face à des perturbations externes a été particulièrement étudiée. A partir de ce modèle du procédé retenu pour simulation dynamique généralisée, il a été possible de proposer une méthodologie permettant l'optimisation en dynamique d'un réseau d'échangeurs de chaleur associé à un procédé industriel complexe.

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Ecrabey, Kraidy Jacques. "Contribution à la simulation électrothermique des circuits intégrés analogiques." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1996. http://www.theses.fr/1996ECDL0037.

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Abstract:

La capacite grandissante des circuits integres a dissiper de la puissance s'accompagne de problemes thermiques que les concepteurs doivent integrer des les premieres etapes de la conception. Ces problemes thermiques peuvent considerablement deteriorer les performances electriques des circuits. Notre laboratoire travaille sur un projet de developpement d'un simulateur electrothermique permettant d'etudier ces problemes. Se situant dans ce projet, ce travail de these presente des modeles thermiques de boitiers de circuits integres pour une meilleure prise en compte des transferts thermiques qui y ont lieu. Le modele est un ensemble de cellules rc obtenues par maillage du boitier. En le validant par des mesures de thermographie infrarouge effectuees sur un circuit integre industriel, nous avons montre l'influence des transferts de chaleur dans l'habillage du circuit sur la distribution thermique a la surface de son layout ainsi que leur influence sur ses caracteristiques electriques. D'autre part nous avons developpe une methode numerique de resolution afin d'augmenter la vitesse du simulateur. Cette methode est basee sur la methode du gradient conjuguee a laquelle nous avons couple un preconditionnement. Les temps de simulations de cette methode sont compares aux temps de simulation de la methode de gauss-seidel relaxee. Nous obtenons un gain de temps de 50%

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Tabloul, Samir. "Accroissement du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi." Valenciennes, 2006. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/1ede393d-918c-4d45-b28f-8d5f5e156ad0.

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Abstract:

Ce mémoire est consacré à l'étude du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi. Une première étude expérimentale (champ dynamique ainsi que coefficient de transfert de chaleur pariétal) a permis de mettre en évidence le caractère périodique de cette écoulement. Par ailleurs, des simulations bidimensionnelles RANS/URANS n'ont pas permis de reproduire le transfert convectif de façon satisfaisante. Dans ce contexte, le but de ce travail a consisté en la réalisation de mesures complémentaires, mais aussi en une meilleure modélisation des phénomènes physiques. Dans un premier temps, une revue bibliographique nous a permis d'identifier une forte similitude entre notre cas (barreau inclinée) et d'autres géométries (cylindre ou barreau rectangulaire). D'autre part, la mesure du champ de température, par thermocouple, a confirmé les hypothèses de la première étude. Dans un second temps, l'emploi des modèles de turbulence statistiques avec un maillage très fin, a permis d'avoir des résultats de transfert de chaleur encourageants, pour le modèle SST k-w, sans, toutefois, améliorer la pécision de la modélisation du champ dynamique. Par ailleurs, une simulation des grandes échelles (LES) a été réalisée. La difficulté de cette approche, dans notre cas (nombre de Reynolds élevé), réside dans le compromis à faire entre le nombre de mailles de calcul et la capture des phénomènes instationnaires. A ce titre, une stratégie de maillage par multiblocs, a permis de bien caractériser le champ dynamique et d'identifier le mécanisme de transfert de chaleur dans cette configuration
This dissertation deals with convective heat transfer in a turbulent boundary layer disturbed by a detached obstacle. A previous study devoted to the experimental measurement (velocity field and wall heat transfer) highlighted the periodic characteristic of this flow dynamics. While, two-dimensional simulations carried on, by RANS/URANS models, resulted in an unsatisfactory thermal field. In this context, the objective of the present study consisted in a complementary experimental investigation and a better modeling of the physical phenomena. First of all, a revised examination of the bibliographical work showed a close similarity between the phenomena encountered in our configuration (inclined rectangular rod) and other geometries (cylindrical or rectangular obstacle). Furthermore, temperature measurement, by a thermocouple, has confirmed the hypotheses of the first study. Secondly, two equation turbulence models was applied on a refined grid. In the case of the SST k-w model, encouraging results of heat transfer are obtained, without, however, improving the flow field. Moreover, a large eddy simulation (LES) has been conducted in this configuration. The main difficulty, in our case (high Reynolds number), is on the compromise between computational cells number and the capture of the unsteady phenomena. At this point, a multiblock strategy has made it possible to obtain a better flow field and to identify the heat transfer mechanism involved in this flow dynamics

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Trinh, Quoc Van. "Contribution à la simulation numérique de transferts de masse et de chaleur : Application aux ouvrages de stockage des déchets radioactifs." Rennes, INSA, 2006. http://www.theses.fr/2006ISAR0007.

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Abstract:

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire concerne la simulation numérique des transferts de chaleur et de masse d'eau dans les matériaux argileux gonflants compactes et non saturés. Il s'inscrit dans le contexte général de l'étude de la faisabilité d'un stockage de déchets radioactifs de haute activité et à vie longue en formation géologique profonde. L'analyse de l'essai du CEA constitué d'une colonne de bentonite partiellement saturée soumise à un gradient thermique (THM 1G) montre qu'il existe un transfert d'eau de la partie chaude vers la partie froide pour des températures bien inférieures à 100°C. Par ailleurs les simulations numériques d'un tel essai avec les mécanismes dominants (Darcy, Fick et Fourrier) sont impuissantes à traduire ce transfert de masse sous l'effet du seul gradient de température. Un nouveau mécanisme de transfert thermo-osmotique (l'effet Soret) objet de cette thèse est proposé et quantifié dans ce travail. La quantification du transfert thermo-osmotique a été réalisée à partir de l'essai THM1G par analyse inverse. En effet il est nécessaire de déconvoluer les profils hydriques résultant de différents temps d'application du gradient thermique puisqu'ils résultent de deux mécanismes couplés antagonistes : l'un relatif au transfert sous gradient de température et l'autre sous l'effet du gradient hydraulique. La première étape de la validation a proprement parlé a été réalisée par la confrontation des simulations numériques avec les résultats expérimentaux de l'essai sur colonne THM2G soumis à deux gradients opposés, l'un thermique et l'autre hydraulique. Enfin la confrontation des modèles de transfert de masse et de chaleur avec les résultats expérimentaux d'un ouvrage in situ l'essai TBT (Temperature Buffer Test) installé dans le laboratoire souterrain à Aspö en Suède est présentée dans ce travail. La comparaison de l'ensemble de ces modélisations par rapport aux résultats expérimentaux montre que seul le modèle utilisant le transfert de thermo-osmose donne des résultats satisfaisants
The work of thesis presented in this memory relates to the numerical simulation of the transfers of water heat and mass in bentonite compact and unsaturated. It falls under the general context of the feasibility study of storage of radioactive waste of high activity and with long life in profound geological formation. The analysis of the test of the ECA made up of partially saturated a bentonite column subjected to a heat gradient (THM 1G), shows that there is a transfer of water of the hot part towards the cold part for temperatures quite lower than 100°C. In addition, the numerical simulations of such a test with the dominant mechanisms (Darcy, Fick and Fourier) cannot to represent this mass transfer under the effect of the only heat gradient. A new mechanism of thermo-osmotic transfer object of this thesis is proposed and quantified in this work. The quantification of the transfer of thermo-osmosis, was carried out starting from test THM1G by back analysis. In fact it is necessary of déconvoluer the hydrous profiles resulting from different times of application of the heat gradient since they result from two antagonistic coupled mechanisms: one relating to the transfer under the heat gradient and the other under the effect of the hydraulic gradient. The first stage of the validation was carried out by the confrontation of the numerical simulations with the experimental results of the test on column THM2G submitted to two opposed gradients, one thermal and other hydraulic. Finally, the confrontation of the models of transfer of mass and heat with the experimental results of an in situ work test TBT (Temperature Buffer Test) installed in the underground laboratory to Aspö in Sweden, is present in this work. The comparison of the whole of these modelling compared to the experimental results shows that only the model using the transfer of thermo-osmosis gives satisfactory results

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Introïni, Clément. "Interaction entre un fluide à haute température et un béton : contribution à la modélisation des échanges de masse et de chaleur." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0074/document.

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Abstract:

Lors d'un hypothétique accident grave de réacteur à eau sous pression, un mélange de matériaux fondus, appelé corium, issu de la fusion du cœur peut se relocaliser dans le puits de cuve constitué par un radier en béton. Les codes d'évaluation réacteur pour simuler la phénoménologie de l'interaction corium-béton sont basés sur une description à grande échelle des échanges qui soulève de nombreuses questions, tant sur la prise en compte des phénomènes multi-échelles mis en jeu que sur la structure adoptée de la couche limite au voisinage du front d'ablation. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail consiste à aborder le problème de la structure de la couche limite par simulation numérique directe. Ce travail s'inscrit dans le cadre plus général d'une description et d'une modélisation multi-échelle des échanges, c'est-à-dire de l'échelle locale associée au voisinage du front d'ablation jusqu'à l'échelle du code d'évaluation réacteur. Une telle description multi-échelle des échanges soulève le problème de la description locale de l'écoulement multiphasique multiconstituant mais aussi le problème du changement d'échelle et en particulier le passage de l'échelle locale à l'échelle de description supérieure dite macroscopique associée aux mouvements convectifs dans le bain de corium. Parmi les difficultés associées au changement d'échelle, nous nous intéressons à la problématique de la construction de conditions aux limites effectives ou lois de parois pour les modèles macroscopiques. Devant la complexité du problème multiphasique multiconstituant posé au voisinage du front, cette contribution a été abordée sur un problème modèle. Des conditions aux limites dites effectives ont été construites dans le cadre d'une méthode de décomposition de domaine puis testées pour un problème d'écoulement laminaire de convection naturelle sur parois rugueuses. Mˆeme si le problème traité reste encore éloigné des applications visées, cette contribution offre de nombreuses perspectives et constitue une première étape d'une modélisation multiéchelle des échanges pour la problématique de l'interaction corium-béton. Dans le cas plus complexe des écoulements multiphasiques multiconstituants et devant les difficultés expérimentales associées, le développement de lois de parois pour les outils existants aux échelles de description supérieures nécessite, au préalable, de disposer d'un outil de simulation numérique directe de l'écoulement au voisinage du front d'ablation. L'outil développé dans ce travail correspond à un modèle de Cahn-Hilliard/Navier-Stokes pour un mélange diphasique (liquide-gaz) compositionnel (corium-béton fondu) s'appuyant sur une description du système selon trois paramètres d'ordre associés respectivement aux fractions volumiques du gaz et aux deux espèces miscibles de la phase liquide ainsi que sur une décomposition de l'énergie libre selon une contribution diphasique et compositionnelle. Les équations de transport sont dérivées dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles et résolues sur la base d'une application éléments finis de la plate-forme PELICANS. Plusieurs expériences numériques illustrent la validité et les potentialités d'application de cet outil sur des problèmes diphasiques et/ou compositionnels. Enfin, à partir de l'outil développé, nous abordons par simulation numérique directe une étude de la structure de la couche limite au voisinage du front d'ablation pour des bétons siliceux et silico-calcaire
In the late phases of some scenario of hypothetical severe accident in Pressurized Water Reactors, a molten mixture of core and vessel structures, called corium, comes to interact with the concrete basemat. The safety numerical tools are lumped parameter codes. They are based on a large averaged description of heat and mass transfers which raises some uncertainties about the multi-scale description of the exchanges but also about the adopted boundary layer structure in the vicinity of the ablation front. In this context, the aim of this work is to tackle the problem of the boundary layer structure by means of direct numerical simulation. This work joins within the more general framework of a multi-scale description and a multi-scale modeling, namely from the local scale associated with the vicinity of the ablation front to the scale associated with the lumped parameter codes. Such a multi-scale description raises not only the problem of the local description of the multiphase multicomponent flow but also the problem of the upscaling between the local- and the macro-scale which is associated with the convective structures within the pool of corium. Here, we are particularly interested in the building of effective boundary conditions or wall laws for macro-scale models. The difficulty of the multiphase multicomponent problem at the local scale leads us to consider a relatively simplified problem. Effective boundary conditions are built in the frame of a domain decomposition method and numerical experiments are performed for a natural convection problem in a stamp shaped cavity to assess the validity of the proposed wall laws. Even if the treated problem is still far from the target applications, this contribution can be viewed as a first step of a multi-scale modeling of the exchanges for the molten core concrete issue. In the more complicated case of multiphase multicomponent flows, it is necessary to have a direct numerical simulation tool of the flow at the local scale to build wall laws for macro-scale models. Here, the developed tool corresponds to a Cahn-Hilliard/Navier-Stokes model for a two-phase compositional system. It relies on a description of the system by three volume fractions and on a free energy composed by a two-phase part and a compositional part. The governing equations are derived in the frame of the thermodynamic of irreversible processes. They are solved on the basis of a finite element application of the object-oriented software component library PELICANS. Several numerical experiments illustrate the validity and the potentialities of application of this tool on two-phase compositional problems. Finally, using the developed tool, we tackle by means of direct numerical simulation the problem boundary layer structure in the vicinity of the ablation front for limestone-sand and siliceous concretes

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Bigoin, Gaëtan. "Etude expérimentale et numérique de l'encrassement particulaire des échangeurs de chaleur à plaques en phase liquide : influence de la vitesse d'écoulement." Grenoble INPG, 2000. http://www.theses.fr/2000INPG0115.

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Abstract:

Les echangeurs de chaleur a plaques ont l'avantage de presenter une grande compacite et un coefficient de transfert eleve. Mais, du fait de leur grande efficacite, il apparait qu'un encrassement meme minime peut avoir des repercussions importantes sur leurs performances. La vitesse d'ecoulement ayant une influence preponderante sur le depot de particules, des essais d'encrassement ont donc ete realises sur un echangeur comportant un grand nombre de canaux (120), afin de tenir compte de la distribution de debit. Les essais ont ete effectues dans differentes configurations, avec deux types de plaques corruguees (30\ et 60\) et pour plusieurs debits a l'entree ; l'analyse etant basee sur le suivi de la resistance d'encrassement et sur l'augmentation de pression relative dans les differents canaux. L'analyse experimentale a permis de mettre en evidence une evolution possible du mecanisme limitant le depot avec la vitesse : ce dernier est d'abord controle par le transport puis par l'adhesion des particules a la paroi. La simulation numerique de l'ecoulement menee en parallele a permis quant a elle, d'etudier finement l'evolution des zones de recirculation, zones preferentielles d'encrassement. Ce travail a ainsi permis de mieux apprehender les mecanismes mis en jeu et de pouvoir estimer l'importance relative de l'encrassement d'une configuration donnee a une autre.

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Michallon, Emmanuelle. "Étude du comportement de l'écoulement dans des canaux de section rectangulaire constitués de plaques et d'ailettes brasées." Nancy 1, 1993. http://www.theses.fr/1993NAN10351.

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Abstract:

Cette étude a été consacrée à l'amélioration des connaissances sur l'écoulement dans des canaux d'échangeurs compacts. Ces échangeurs sont largement utilisés dans l'industrie, pour des applications en simple ou double phase. Nous avons mène ce travail à la fois en simple et double phase, avec une importante partie expérimentale. Des simulations numériques ont été réalisées en simple phase et leurs résultats confrontés à l'expérience. Pour l'aspect double phase, nous avons mis en évidence les configurations d'écoulement dans ce type de géométries compactes. Nos mesures de pertes de pression et de coefficients d'échange ont été comparées aux modèles disponibles dans la littérature et des relations spécifiques ont été proposées

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Benabdallah, Moulay. "Simulation lagrangienne du transfert de chaleur dans un écoulement gaz-solide en conduite." Nancy 1, 1995. http://www.theses.fr/1995NAN10329.

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Abstract:

Dans un premier temps, une technique de simulation lagrangienne one-way a été mise en œuvre pour la prédiction du transfert de chaleur dans un écoulement gaz-solide en conduite. Cette simulation permet de calculer la température d'une particule le long de sa trajectoire, en tenant compte de l'échange de chaleur par conduction lors des collisions particule-particule et particule-paroi. Le transfert de chaleur par convection entre le gaz et la paroi ainsi qu'entre les particules et le gaz est pris en compte en supposant que le profil de température du gaz est uniforme dans une section de la conduite, et que le coefficient d'échange entre le gaz et la paroi n'est pas modifié par la présence des particules. Cette simulation one-way aboutit, lorsque l'écoulement est thermiquement établi, à un nombre de Nusselt de la suspension toujours inférieur ou égal à celui du gaz pur. De plus, le caractère négligeable du transfert de chaleur par collisions a été confirmé. Par ailleurs, une simulation eulérienne-lagrangienne two-way a été utilisée, et appliquée au cas des écoulements en conduite verticale et horizontale avec un flux de chaleur imposé à la paroi. Des résultats concernant le nombre de Nusselt de la suspension sont donnés pour différents taux de chargement, nombres de Reynolds de l'écoulement gazeux, et diamètres de la conduite. On a pu observer que les prédictions de la simulation sont plus conformes aux résultats expérimentaux avec cette méthode two-way

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Assaf, Khattar. "Intégration d'une pompe à chaleur dans un procédé agroalimentaire : simulation, expérimentation et intégration." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00573010.

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Abstract:

Les contextes énergétiques et environnementaux imposeront durablement au secteur industriel la poursuite des efforts en matière d'efficacité énergétique. La récupération de chaleur fatale sur des rejets et effluents industriels à basse température avec des pompes à chaleur industrielles représente un potentiel d'amélioration significatif de l'efficacité énergétique de ce secteur. Un simulateur expérimental de l'intégration d'un système de récupération thermique à pompe à chaleur dans les procédés industriels agroalimentaires a été conçu et construit. Le banc d'essais constitue un générateur de courbes composites et son but est de démontrer le principe du pompage de la chaleur dans l'industrie tout en respectant les lois de la méthode du pincement. Un ensemble de scénarios industriels correspondant à des températures procédés et rejets variées a été testé sur le simulateur. L'analyse des résultats selon les premier et deuxième principes de la thermodynamique montre que l'amélioration de la performance de la pompe à chaleur est un défi pour augmenter son efficacité et sa rentabilité. Un modèle numérique des évaporateurs tubes-calandre en épingle de configuration générique est développé et validé expérimentalement. Une nouvelle méthode ayant un niveau de complexité intermédiaire est élaborée pour modéliser ces évaporateurs : discrétisation en volumes finis utilisant le langage Modelica. Ce niveau de détail est indispensable pour simuler son fonctionnement avec les mélanges de fluides zéotropes. Enfin, un modèle complet de pompe à chaleur industrielles liquide/liquide est développé intégrant le modèle de l'évaporateur. Des simulations numériques dans un scénario industriel typique avec des mélanges de fluides et des configurations originales et modifiées des échangeurs tubes-calandres ont été effectuées. Les résultats montrent qu'il est possible d'améliorer significativement les performances à condition d'utiliser les mélanges zéotropes avec des condenseurs et évaporateurs tubes-calandres à configuration contre- courants.

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Hugo, Jean-michel. "Transferts dans les milieux cellulaires à forte porosité : applications à l'optimisation structurale des échangeurs à ailettes." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4767/document.

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Abstract:

Cette de thèse comporte deux volets : Le premier, plutôt applicatif, concerne le design d'échangeurs à ailettes et à mousses ; le second, plus académique, traite des relations entre la texture des mousses métalliques et leurs propriétés thermophysiques effectives. Sur la première partie consacrée à l'amélioration des performances des échangeurs de chaleur Mota. Nous avons mis en place une méthode de dimensionnement multi-échelle adaptés aux batteries tubes-ailettes et aux échangeurs à mousse ; Nous avons développé et caractériser une architecture optimisée d'échangeur à mousse et à ailettes. Des gains de 50% ont été obtenus en termes d'efficacité énergétique et les solutions proposées sont actuellement en production.La deuxième partie concerne l'analyse des mécanismes de transferts dans les mousses et de la détermination de leurs propriétés effectives. Nous avons développé une approche basée sur la modélisation des transferts et écoulements à l'échelle du pore -confortée par le développement de bancs expérimentaux- pour déterminer ces propriétés. Nous avons réalisé une base de données de 900 mousses obtenues par élongation et cisaillement d'une cellule périodique de référence. Les propriétés effectives –tensorielles- de ces mousses ont été mesurées et leur dépendance à la morphologie et aux propriétés thermophysiques des phases a été étudiée.En conclusion, le dernier chapitre illustre la démarche naturelle de poursuite des travaux : Optimisation des géométries des échangeurs et des mousses selon les conditions applicatives
This work is composed of two parts: the first one deals with the design of fins-and-tubes and metal foam heat exchangers; the second one deals with the relationship between foams morphology and their effective thermophysical properties. The first part is dedicated to Mota heat exchanger performance enhancement. We develop a multi-scale method to optimize both local heat transfer surfaces and global architecture of classical and foam units. We develop, using this method, new heat exchanger and we characterize it numerically and experimentally. An increase of 50% of energetic efficiency is obtained and new geometries are nowadays produced and commercialized. The second part deals with the analysis of transport phenomena in metal foams and the determination of their effectives properties. We develop an approach based on pore scale numerical simulation of conjugate heat transfer – validated by experimental results obtained on set-up developed for this study. We have generated 900 virtual samples obtained by deformation a periodic unit cell (Kelvin cell). Full effective properties tensors are determined. The influence of cell shape and classical geometrical parameters on physical properties is then studied. To conclude, in the last chapter, we present natural perspectives involved by this work: Geometrical optimization of heat exchanger architecture and foams morphology depending on the application; The use of a multi-scale approach to design modern –foam- heat exchangers

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Farsane, Khaddouj. "Etude du refroidissement par convection forcée externe d'un moteur électrique." Besançon, 1996. http://www.theses.fr/1996BESA2008.

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Abstract:

Ce travail concerne l'étude du refroidissement par convection forcée externe de moteurs électriques de type fermé. Cette étude est dans un premier temps menée expérimentalement, en associant trois techniques d'investigation complémentaires, à savoir la visualisation de l'écoulement par tomographie laser, la vélocimétrie laser Doppler et la thermographie infrarouge. Les premiers résultats, obtenus sur un moteur déjà commercialisé, mettent en évidence les défauts de répartition des flux d'air autour du carter, ainsi que la présence de différentes zones chaudes à la surface du moteur. Ces résultats ont débouché sur l'élaboration d'une nouvelle configuration de carter, concrétisée par la conception de deux moteurs prototypes. Le diagnostic de ces deux nouveaux moteurs met en évidence une amélioration sensible de l'irrigation du carter, se traduisant par une diminution significative du niveau de température surfacique. Par ailleurs, les données issues de cette investigation expérimentale sont utilisées pour déterminer les coefficients d'échange convectif à la paroi du carter. Un dimensionnement des ailettes définissant la surface d'échange est alors possible. La procédure de dimensionnement proposée consiste à déterminer les valeurs optimales de la hauteur d'ailette et de l'épaisseur à la base, définies par le volume d'ailette minimal pour un flux de chaleur à évacuer donné. Les valeurs optimales avancées laissent entrevoir un gain appréciable sur la masse totale des ailettes. Parallèlement à cette étude expérimentale, un outil numérique a été développé dans le but de modéliser à terme le refroidissement par convection forcée entre les ailettes du carter. Pour cela, l'adaptation d'un code de calcul par éléments finis (Flux-Expert) à la modélisation des transferts thermique a été réalisée. L'étude est menée en bidimensionnel, pour un régime permanent et en couplant les phénomènes aérauliques et thermiques. L'écoulement est de plus supposé incompressible. Enfin la turbulence de l'écoulement est prise en compte par un modèle k-e. Les équations programmées sont validées pour plusieurs configurations tests d'écoulements, en régimes laminaire et turbulent
This work concerns the study of the cooling by external forced convection of electric motors with closed configuration. This study is first carried out experimentaly by associatingthree complementary investigation methods : flow visualization by laser sheet, measurement of velocity distribution by Laser Doppler Velocimetry and determinationn of wall temperature fields by infrared thermography. The results obtained on an already commercialized motor display important over heating of several zones at the motor surface. These results have lead to the design of a new configuration of carter, materialized by th design of two prototype motors. The diagnosis of these two motors show a significant improvement of the carter irrigation, and consequently an appreciable decrease of surface temperatures. Furthermore, data obtained from these tests are used to determine heat transfer coefficients by convection at the carter surface. The sizing of the fins forming the external exchange surface is then possible. A sizing procedure is proposed for the determination of the optimum values of the height and the base thichness of the fin, defined by the minimum volume for a given heat flux. Optimum values lead to an appreciable gain on the total mass of the fins. Parallel to this experimental study, a numerical tool has been developped for furter modelling of the cooling by forced convection between the fins of the carter. This required the adaptation of a numerical code (Flux-Expert finite element code) to the convection heat transfer simulation. The study is carried out for steady state conditions, by coupling between the aerodynamic and thermal phenomena. The flow is assumed to be two dimensional and incompressible. The turbulence of the flow is considererd by a recent k-e model (Abe at al. 1994). The equations programmed in Flux-Expert are validated for several flow test configurations, in laminar and turbulent conditions

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Saad, Selma Ben. "Étude expérimentale et numérique des écoulements diphasiques et du diagnostic des échangeurs industriels à plaques et ondes." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0406/document.

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Abstract:

Ce travail concerne l'étude expérimentale et numérique de la distribution simple et double phase dans un échangeur à plaques et ondes. Des mesures expérimentales de débit et de pression et des visualisations par caméra rapide ont permis de caractériser l'écoulement du mélange eau/air à la pression atmosphérique et dans des conditions adiabatiques. Les simulations numériques par CFD ont permis de caractériser les pertes de charges en simple phase dans les ondes « serrated » et de simuler les régimes d'écoulement diphasiques (bulles, poches, bulles toriques,...) au niveau du distributeur. Des traçages au sel analysé par conductimétrie ont permis de caractériser les régimes d'écoulement diphasiques et de faire le diagnostic de l'échangeur : déterminer les défauts, leurs amplitudes et leurs localisations. Ces trois moyens : visualisation et mesure expérimentale des distributions des phases et des pertes de charges, simulation de type CFD et traçage ont mis en évidence les paramètres influant sur la distribution comme les alimentations des fluides, les propriétés physiques des fluides, la géométrie du distributeur, les régimes d'écoulement, afin d'améliorer les performances des systèmes avec échange thermique
This work deals with experimental and numerical studies of single and two-phase flow distribution in a plate and fin heat exchanger. Flow rates and pressure measurements, as well as visualization using speed camera have been used to characterize the air/water flow at atmospheric pressure and at adiabatic conditions. CFD simulations have permitted to calculate pressure drop in single phase flow of offset strip fins and to simulate two phase flow patterns (bubbles, slug, toric bubbles,...) in the distributor. Tracer experiments using salt and conductimetry allowed to characterize single and two phase flow distribution and to perform a diagnosis of the heat exchanger: find the defaults, their amplitudes and their localizations. All these methods: experimental data, CFD simulations and tracer methodology allowed to point out the important parameters affecting the distribution like same or opposed inlet fluid alimentations, physical properties, distributor design and the flow patterns, to improve overall performances of heat transfer systems

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Debenest, Gérald. "Simulation numérique tridimensionnelle, à la microéchelle, de la combustion en lit fixe de schistes bitumineux." Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2308.

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Abstract:

Cette étude théorique et numérique concerne les phénomènes de propagation de fronts de réaction dans des empilements de grains comportant une faible fraction de matière organique. On s'appuie sur une description microscopique de l'ensemble des mécanismes impliqués. Un code de simulation numérique tridimensionnelle a été développé. Des simulations directes ont été menées en vue de caractériser de façon précise les nombreux régimes de propagation, de donner des informations complètes quant aux conditions thermochimiques locales, et enfin de conduire des études paramétriques en faisant varier les propriétés physiques du matériau ou sa composition. Enfin, la dernière partie de ce mémoire est consacrée à la discussion de nos résultats et à la comparaison des descriptions microscopiques et macroscopiques. Elle permet également de discuter de la validité d'une description homogénéisée et de donner des critères quant à son application. Pour terminer, nous donnons une estimation plus fine des coefficients impliqués dans cette description à la grande échelle
This study, theorical and numerical, deals with the reaction front propagation phenomena in real porous media containing a small amount of organic compound. In order to do this, we choose to use a microscopic point of view to take into account all mechanisms involved. So, a three-dimensional numerical code has been developed. Direct simulations were made to characterize the various regimes we can encounter, to give a whole set of local thermochemical conditions, and finally to manage parametric studies, where physical properties and composition of the media were changed. Finally, the last part of this study is devoted to the discussion of the results obtained and to the comparison of the two approaches, namely macro- and microscopic. This last part allows to discuss the validity of the homogenized description and to provide criterion for its application. We finish with an estimate of the coefficients involved in the upsacled description

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Mansur, Sergio Said. "Amélioration des échangeurs thermiques tubulaires par l'utilisation d'inserts hélicoïdaux à l'extérieur des tubes." Grenoble 1, 1993. http://www.theses.fr/1993GRE10192.

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Abstract:

Ce travail propose une etude numerique et experimentale du comportement thermohydraulique des echangeurs multitubulaires munis de bandes vrillees a l'exterieur des tubes. Des lois de frottement et d'echange thermique au sein de cette geometrie ont ete determinees experimentalement et programmees dans le logiciel trio developpe au commissariat a l'energie atomique, cea , avec une modelisation du type milieu poreux. Des mesures de pression et de vitesse, ainsi que des visualisations de l'ecoulement ont ete realisees sur un echangeur construit en plexiglas transparent. Les resultats obtenus dans cette etape ont permis d'evaluer la distribution du debit a l'interieur de l'appareil et de degager les elements necessaires a la validation des calculs. L'adequation du modele pour une description macroscopique de l'ecoulement a ete confirmee par des nombreuses comparaisons entre donnees numeriques et experimentales. Une analyse comparative entre differents types d'echangeurs, realisee a l'aide de la simulation, a mis en evidence la performance thermohydraulique satisfaisante de ce nouveau type d'echangeur. Enfin, l'aspect de la diffusion turbulente a l'interieur du faisceau tubulaire a ete aborde par une experience simple de visualisation. D'un point de vue qualitatif, ces essais ont clairement montre que la presence des inserts favorise le melange et la dispersion des proprietes transferables au sein du fluide, qualifiant ainsi les bandes helicoidales en tant de promoteurs de turbulence

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Rishmany, Jihad. "Comportement statique et dynamique d'une structure périodique 3d d'un échangeur aéronautique : étude expérimentale, modélisation et simulations numériques." Toulouse 3, 2007. http://www.theses.fr/2007TOU30032.

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Abstract:

Les échangeurs thermiques aéronautiques sont soumis à un environnement complexe combinant pression, température et vibrations. L'objectif de cette thèse est l'analyse du comportement statique et dynamique du faisceau d'un tel échangeur. Ce faisceau est une structure complexe périodique 3D composée d'un empilement alterné d'intercalaires où passe l'air chaud et froid respectivement. Différentes approches analytiques et numériques basées sur l'étude d'une cellule élémentaire de la structure sont employées pour modéliser le comportement statique global du faisceau à chaud et à froid. Les résultats statiques sont validés par essais expérimentaux sur différents types d'éprouvettes. À l'issue de cette partie, deux modèles sont proposés pour remplacer la structure réelle du faisceau : un modèle «homogène» et un modèle «stratifié». L'étude dynamique, expérimentale et numérique, montre que ces deux modèles sont capables de prédire de manière satisfaisante le comportement dynamique du faisceau
Aeronautical heat exchangers are subjected to a complex environment combining pressure, temperature and vibrations. The objective of this thesis is the analysis of the static and dynamic behavior of the core of an exchanger. The core is a 3D-periodic complex structure composed of an alternate stacking of fins where passes the hot and cold air respectively. Various analytical and numerical approaches based on the study of a basic cell of the structure are employed to model the global static behavior of the core at 20 and 350°C. Static results are validated by experimental tests on various types of specimens. At the end of this part, two models are proposed to replace the real structure of the core : a «homogeneous» model and a «laminated» model. The dynamic study, experimental and numerical, shows that these two models are capable of predicting satisfactorily the dynamic behavior of the core

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Dabboura, Eyad. "Contribution à la simulation numérique de problèmes de transferts de chaleur par une méthode de type Meshless : application à la convection thermomagnétique." Poitiers, 2009. http://www.theses.fr/2009POIT2322.

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Abstract:

La simulation numérique des problèmes de transferts définis dans des géométries complexes, est généralement effectuée par des méthodes aux éléments finis ou encore par des méthodes de type Meshless, qui se développent depuis une dizaine d’années. Ce mémoire présente une contribution au développement d'une méthode collocation utilisant l'approximation à moindres carrés pondérés. Les ordres deux, trois et quatre de l'approximation sont d'abord considérés et les résultats qu'ils permettent d'obtenir sont comparés sur des exemples de diffusion et de transport-diffusion. La flexibilité des discrétisations par nuages de points est également discutée. Nous montrons que la méthode peut convenir au traitement de problèmes dans des géométries fractales et à frontière mobile. L'application de la méthode à la résolution des problèmes de convection est ensuite abordée. Nous proposons notamment d'utiliser une formulation en vitesse-vorticité pour traiter les problèmes tridimentionnels. La méthode est validée par comparaison avec des solutions de référence et des résultats relatifs à la convection naturelle dans quelques cavités de formes complexes sont présentés et discutés. La deuxième partie de la thèse a pour objet l'application de la méthode ainsi développée à l'étude de la convection thermomagnétique. Il s'agit ici des écoulements de convection dans un fluide paramagnétique(tel que l'air) en présence d'un champ magnétique externe en présence ou en absence de pesanteur. L'influence du champ magnétique se traduit dans le cas des fluides paramagnétiques non conducteurs par la génération de forces volumiques de Kelvin dont l'intensité varie avec la température en raison de la dépendance de la susceptibilité magnétique de ces fluides de la température selon la loi de Curie-Weiss. Nous montrons alors qu'en présence de pesanteur, une disposition judicieuse des aimants ou des spires permet d'accélérer ou de freiner les écoulements de convection naturelle. En absence de pesanteur, on montre que la force de Kelvin permet en revanche de générer des écoulements de magnétoconvection
The numerical simulation of transfer problems defined in complex geometries is usually made by finite element methods or by Meshless methods which developed since the last ten years. This paper presents a contribution to the development of this method using the collocation of the approximation to weighted least squares. Two, three and four orders of the approximation are considered and the results obtained are compared with examples of diffusion and transport-diffusion. The flexibility of discretizations by points is also discussed. We show that the methe method may be suitable for treating problems in fractal geometry and boundary mobile. The method is then applied to solving the convection problems. We propose in three dimensional the formulation in velocity-vorticity. The method is valitaded by comparison with solutions of reference and the results of the natural convection in cavities of some complex shapes are presented and discussed. The second part of this thesis is the application of the method and developed it to study the thermomagnetic convection. The flows of convection in a paramagnetic fluid (like air) with using an external magnetic field are studied with and without gravity. The results of the influence of the magnetic field in case of non-conducting paramagnetic fluid are explained by the generating of Kelvin's forces, whose intensity varies with temperature because the dependence of the magnetic susceptibility to the temperature by law Curie-Weiss. With gravity, we show that a judicious arrangement of magnets or coils can accelerate or slow the flow of natural convection. Without gravity, it shows that the forces of Kelvin can generate magnetoconvection

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Oter-Duthoit, Liliane. "Application des méthodes de la théorie des systèmes à la simulation de l'évolution des flux thermiques sur les faces d'entrée et de sortie d'une paroi multicouche." Lille 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LIL10062.

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Abstract:

Dans l'étude théorique on a adapté aux processus thermiques, des techniques utilisées en analyse des systèmes et en traitement de signal pour formuler une représentation globale des échanges entre un "système paroi" et son environnement. Étude expérimentale basée sur l'exploitation des mesures de flux et de températures dans les plans entrée-sortie des systèmes.

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Soupart-Caron, Adèle. "Stockage de chaleur dans les matériaux à changement de phase." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI078/document.

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Abstract:

Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCP
This PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM

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Hoang, Thanh Tung. "Récupération et valorisation d'énergie thermique sur gaz chauds- Approche expérimentale et numérique." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2018. http://www.theses.fr/2018ESMA0016/document.

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Abstract:

L’objectif de la thèse porte sur l’analyse de la récupération de l’énergie thermique sur gaz chauds à température élevée(250°C - 450°C). Pour cela, la technologie de récupérateur à caloduc de type thermosiphon a été retenue. L’un des points cruciaux porte sur le choix d’un fluide de travail adapté à ces niveaux de température. Une analyse bibliographique a permis d’identifier le naphtalène comme élément de fluide potentiel pour cette gamme de température. Cependant le manque d’informations sur son comportement et ses capacités de transport a nécessité le développement d’un montage fondamental spécifique.Un caloduc thermosiphon chargé en naphtalène et de la forme d’un tube inox lisse de diamètre 23,9 mm, de longueur 1m (zone évaporateur : 20 cm ; zone condenseur : 20 cm) a été réalisé et testé. Les résultats expérimentaux obtenus démontrent tout d’abord la faisabilité d’un tel système dans cette gamme de température et pour les puissances thermiques envisagées. Ils révèlent un comportement inhabituel du thermosiphon lors des phases de démarrage (régime transitoire). En régime permanent, l’analyse a porté sur l’influence de la température de saturation, la puissance transférée ainsi que l’inclinaison. En termes de performances, les conductances thermiques (évaporateur, condenseur, système) augmentent avec la température vapeur et diminuent avec la puissance apportée à l’évaporateur. La puissance transférée peut s’échelonner de 0,2 kW à 1,5 kW, soit 1 à 8 W/cm² à l’évaporateur. Une faible sensibilité à l’inclinaison a été constatée lors des tests (0°-78°), un peu plus marqué pour 84°. Enfin pour une orientation à l’horizontale (90°), le caloduc fonctionne malgré tout et sa capacité de transfert reste élevée bien qu’éloignée du mode thermosiphon. En parallèle, un modèle de thermosiphon a été développé dans lequel les coefficients d’échanges locaux (évaporateur et condenseur) sont calculés par différentes corrélations issues de la littérature. La comparaison avec les résultats expérimentaux a permis de valider les modèles physiques retenus avec un bon accord, et de prédire le fonctionnement du caloduc pour d’autres sollicitations.Ainsi et enfin, un premier prototype récupérateur à thermosiphon au naphtalène a été conçu, fabriqué et couplé sur la veine « gaz chauds » conçue et développée aussi au sein du laboratoire. Les premiers résultats obtenus du système complet permettent de développer des stratégies de récupération et de valorisation de l’énergie thermique sur la ligne d’échappement, dans un contexte d’application automobile
The aim of the thesis is to analyze the heat recovery on hot gases at intermediate temperature range (250°C - 450°C). For this purpose, the thermosyphon heat exchanger recuperation technology has been chosen. The choice of a working fluid adapted to these temperature levels is one of the crucial points. A literature review identified naphthalene as a potentialfluid for this temperature range. However, because of the lack of information about naphthalene heat pipes, the development of a fundamental test-rig was necessary to fully characterize the thermal behavior and transport capacities of this fluid.A thermosyphon heat-pipe charged with naphthalene in the shape of a smooth stainless steel tube with a diameter of 23.9mm, a length of 1 m (evaporator zone: 20 cm, condenser zone: 20 cm) has been manufactured and tested. The experimental results obtained demonstrate the feasibility of such system in this temperature range and for the thermal powers required.They reveal an unusual behavior of the thermosyphon during the start-up process. In steady state, the analysis deals with the influence of the saturation temperatures, the transferred heat power and the thermosyphon inclination. In terms of performances, the thermal conductance (evaporator, condenser, system) increases with the vapor temperature and decreases with the heat power supplied to the evaporator. The heat flow rate can be applied from 0.2 to 1.5 kW, or 1 to 8W/cm² at the evaporator. During the tests, the system is found to be less sensitive to inclination (0° to 78°), but more important for 84°. In the horizontal position, the thermosyphon operates, but its heat transfer remains high even far away from the thermosyphon mode. A theoretical model has been developed in which the local heat transfer coefficients(evaporator and condenser) are evaluated by different correlations from literature. The comparison with the experimental results allowed to validate the models retained with good agreement, and to make it possible to predict the heat pipe operation for other solicitations.Thus, and finally, a first thermosyphon charged naphthalene recuperator prototype was designed, manufactured and coupled to the "hot gas" line designed and performed in the laboratory. The first results obtained from the complete system allowed us to develop a strategy for heat recovery system on the exhaust line of an automotive application

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Carlier, Julien. "Schémas aux résidus distribués et méthodes à propagation des ondes pour la simulation d’écoulements compressibles diphasiques avec transfert de chaleur et de masse." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLY008/document.

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Abstract:

Ce travail a pour thème la simulation numérique d’écoulements diphasiques dans un contexte industriel. En effet, la simulation d’écoulements diphasiques est un domaine qui présente de nombreux défis, en raison de phénomènes complexes qui surviennent, comme la cavitation et autres transferts entre les phases. En outre, ces écoulements se déroulent généralement dans des géométries complexes rendant difficile une résolution efficiente. Les modèles que nous considérons font partie de la catégorie des modèles à interfaces diffuses et permettent de prendre en compte aisément les différents transferts entre les phases. Cette classe de modèles inclut une hiérarchie de sous-modèles pouvant simuler plus ou moins d’interactions entre les phases. Pour mener à bien cette étude nous avons en premier lieu comparé les modèles diphasiques dits à quatre équations et six équations, en incluant les effets de transfert de masse. Nous avons ensuite choisi de nous concentrer sur le modèle à quatre équations. L’objectif majeur de notre travail a alors été d’étendre les méthodes aux résidus distribués à ce modèle. Dans le contexte des méthodes de résolution numérique, il est courant d’utiliser la forme conservative des équations de bilan. En effet, la résolution sous forme non-conservative conduit à une mauvaise résolution du problème. Cependant, résoudre les équations sous forme non-conservative peut s’avérer plus intéressant d’un point de vue industriel. Dans ce but, nous utilisons une approche développée récemment permettant d’assurer la conservation en résolvant un système sous forme non-conservative, à condition que la forme conservative soit connue. Nous validons ensuite notre méthode et l’appliquons à des problèmes en géométries complexes. Finalement, la dernière partie de notre travail est dédiée à étudier la validité des modèles à interfaces diffuses pour des applications à des problèmes industriels réels. On cherche alors, en utilisant des méthodes de quantification d’incertitude, à obtenir les paramètres rendant nos simulations les plus vraisemblables et cibler les éventuels développements pouvant rendre nos simulations plus réalistes
The topic of this thesis is the numerical simulation of two-phase flows in an industrial framework. Two-phase flows modelling is a challenging domain to explore, mainly because of the complex phenomena involved, such as cavitation and other transfer processes between phases. Furthermore, these flows occur generally in complex geometries, which makes difficult the development of efficient resolution methods. The models that we consider belong to the class of diffuse interface models, and they allow an easy modelling of transfers between phases. The considered class of models includes a hierarchy of sub-models, which take into account different levels of interactions between phases. To pursue our studies, first we have compared the so-called four-equation and six-equation two-phase flow models, including the effects of mass transfer processes. We have then chosen to focus on the four-equation model. One of the main objective of our work has been to extend residual distribution schemes to this model. In the context of numerical solution methods, it is common to use the conservative form of the balance law. In fact, the solution of the equations under a non-conservative form may lead to a wrong solution to the problem. Nonetheless, solving the equations in non-conservative form may be more interesting from an industrial point of view. To this aim, we employ a recent approach, which allows us to ensure conservation while solving a non-conservative system, at the condition of knowing its conservative form. We then validate our method and apply it to problems with complex geometry. Finally, the last part of our work is dedicated to the evaluation of the validity of the considered diffuse interface model for applications to real industrial problems. By using uncertainty quantification methods, the objective is to get parameters that make our simulations the most plausible, and to target the possible extensions that can make our simulations more realistic

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Didorally, Sheddia. "Prévision des flux de chaleur turbulents et pariétaux par des simulations instationnaires pour des écoulements turbulents chauffés." Thesis, Toulouse, ISAE, 2014. http://www.theses.fr/2014ESAE0015/document.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’amélioration des prévisions aérothermiques qui suscite l’intérêt croissant des industriels aéronautiques. Elle consiste à évaluer l’apport des méthodes URANS avancées de type SAS dans la prévision des flux de chaleur turbulents et pariétaux pour des écoulements turbulents chauffés. Elle vise aussi à situer ces approches par rapports aux modèles URANS classiques de type DRSM et hybrides RANS/LES comme la ZDES. Une extension de l’approche SAS à un modèle DRSM a d’abord été proposé afin d’obtenir une meilleure restitution des tensions de Reynolds résolues et modélisées. Ce modale SAS-DRSM a été implanté dans le code elsA de l’ONERA. Nous avons ensuite évalué les approches SAS disponibles avec ce code sur la prévention d’écoulements aérothermiques rencontrés sur avion dans un compartiment de moteur. Ces études ont montré que les approches SAS améliorent la représentation des écoulements par rapport aux modèles URANS classiques. Elles aboutissent à des écoulements fortement tridimensionnels avec de nombreuses structures turbulentes. Ces structures induisent un mélange turbulent accru et donc une meilleure prévision du flux de chaleur pariétal. De plus, nos travaux ont situé les approches de type SAS comme des méthodes plus précises que les méthodes URANS classiques sans augmentation importante du coût de calcul. Les modèles SAS ne résolvent pas les plus petites structures caractéristiques du mouvement turbulent par rapport à la ZDES qui montre des prévisions supérieures. Le modèle SAS-RDSM offre néanmoins la meilleur alternative de type SAS. Enfin, l’étude du flux de chaleur turbulent semble retrouver le fait que l’hypothèse classique de nombre de Prandtl turbulent constat n’est pas valable dans toutes les zones de l’écoulement
The improvement of aerothermal predictions is a major concern for aeronautic manufacturers. In line with this issue, SAS approaches are assessed on the prediction of wall and turbulent heat fluxes for heated-turbulent flows. This study also aims at evaluating these advanced URANS methods in regard to DRSM models and hybrid RANS/LES approaches as ZDES. Firstly, we proposed to combine the SAS approach and a DRSM model in order to better reproduce both resolved and modelled Reynolds stresses. This new model, called SAS-DRSM, was implemented in ONERA Navier-Strokes code elsA. Unsteady simulations of two heated turbulent flows encountered in an aircraft engine compartment were then performed to evaluate all the SAS models available in the code. These numerical studies demonstrated that SAS approaches improve prediction of the flows compared to classical URANS models. They lead to full 3D flows with many turbulent structures. These structures favour turbulent mixing and thus induce a better prediction of the wall heat fluxes. Moreover, the numerical simulations showed that SAS methods are more accurate than classical URANS models without increasing significantly calculation costs. SAS approaches are not able to resolve the smallest turbulent structures in relation to ZDES which provides better predictions. Finally, the investigation of the turbulent heat flux suggested that the constant turbulent Prendtl number assumption, that is characteristic of classical URANS models, may not be valid in some regions of the flow

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Louleh, Ziad. "Modélisation et conduite des réacteurs discontinus par analyse des flux thermiques." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT037G.

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Abstract:

Dans le domaine de la chimie fine ou pharmaceutique, le reacteur discontinu est l'appareil autour duquel s'organise la production. La conduite de ces reacteurs revient a un probleme de controle thermique qui reste difficile a maitriser. La difficulte provient, d'une part, de la nature discontinue des modes operatoires, et d'autre part, du caractere polyvalent des reacteurs. Dans ce travail on propose une nouvelle approche du probleme qui vise a la fois a definir un systeme thermique presentant une plus grande pilotabilite et a developper un systeme de conduite permettant de resoudre simultanement les problemes de supervision et de commande. Le systeme thermique propose (en cours de brevet) combine les avantages des systemes monofluide et a fluides alternes. La gestion thermique est assuree par un melange eau-vapeur comme monofluide dans la gamme de fonctionnement intermediaire. Quand un refroidissement ou une chauffe important est necessaire, on utilise respectivement l'eau glycolee ou la vapeur. La commande calculee par un regulateur est interpretee comme le flux thermique qu'il est necessaire de fournir au milieu reactionnel pour atteindre la temperature de consigne. De plus, on calcule, pour chacun des fluides, les flux thermiques minimal et maximal que peuvent fournir ce fluide. Le flux permet alors de choisir le fluide, puis par une modelisation thermique de calculer la commande a appliquer sur ce fluide. Un dispositif experimental automatise a ete concu et realise autour d'un reacteur pilote de 16 litres. L'interet de la demarche proposee a ete valide a la fois en simulation et experimentalement sur l'installation pilote. Les resultats illustrent le principe de gestion thermique developpe et montrent la reproductibilite et les bonnes performances de cette strategie de commande. De plus, une variante du systeme permet de minimiser la quantite d'energie depensee en recyclant le melange eau-vapeur

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Sadouk, Hamza Chérif. "Modélisation de l'encrassement en régime turbulent dans un échangeur de chaleur à plaques avec un revêtement fibreux sur les parois." Phd thesis, Université Paris-Est, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00499251.

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Abstract:

Les transferts de chaleur par convection forcée turbulente dans une conduite plane partiellement remplie par un milieu poreux sont étudiés numériquement. L'étude concerne l'analyse de l'encrassement dans un canal plan représentatif d'un échangeur de chaleur à plaques. Un fluide, ayant un fort pouvoir encrassant, est considéré en régime turbulent. L'objectif de cette étude est de proposer une technique qui repose sur l'utilisation de matériaux fibreux comme capteur de particules pouvant réduire les méfaits de l'encrassement. Cela consiste à essayer de réduire la résistance d'encrassement en agissant sur les propriétés thermiques du dépôt. L'étude de la cinétique de l'encrassement permet de déterminer la loi de variation de l'épaisseur du dépôt au cours du temps. Cette équation est couplée aux équations de conservation. Un modèle de conductivité thermique effective (fluide, dépôt, fibres poreuses) a été choisi et le phénomène de colmatage de la matrice poreuse est considéré. L'apport du milieu poreux sur les performances de l'échangeur est analysé

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Vo, Minh Toàn. "Assessment of heat pump operating faults coupled with building energy simulation using Petri net model." Thesis, La Rochelle, 2021. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03685404.

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Abstract:

Les pompes à chaleur offrent une solution efficace et durable pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments. Cependant, ces systèmes fonctionnent parfois avec une faible efficacité, en raison des défauts. Dans cette recherche, nous nous concentrons sur trois défauts de fonctionnement : les fuites de réfrigérant, l'encrassement du condenseur et l'encrassement de l'évaporateur. Ce sont les défauts de fonctionnement les plus fréquents et les plus impactés. Nous proposons de développer une méthode pour modéliser ces défauts de fonctionnement et les associer à un modèle de simulation de bâtiment. En premier lieu, nous avons développé des modèles physiques d'une pompe à chaleur résidentielle air-air afin d’estimer le coefficient de performance (COP/EER) de la pompe à chaleur, en fonction de l'intensité d'utilisation, et du défaut de fonctionnement. Ensuite, un modèle de réseau de Petri a été proposé pour déterminer a priori la structure de l'évolution des défauts. Dans un deuxième temps, nous appliquons une notion d'incertitude de la base de données des défauts pour prendre en compte différents cas de travail et généraliser le modèle d'occurrence des défauts. Nous l'avons associé à l'outil de simulation énergétique dynamique COMETh, pour simuler la consommation énergétique annuelle. Cette méthode nous permet d'analyser et de déterminer l'incertitude globale des impacts des défauts sur les performances de la pompe à chaleur et sur la consommation énergétique totale du bâtiment. La méthode a été appliquée à un cas d’étude sur un bâtiment résidentiel à Paris sur une période de 15 ans. Les résultats soulignent la possibilité de la méthodologie proposée
Heat pumps give an efficient and sustainable solution for both heating and cooling. However, these systems sometimes operate with a lower efficiency, because of the faults. In this research, we focus on three operating faults : refrigerant leakage, condenser fouling, and evaporator fouling. They are the most frequent and most impacted operating faults. They evolve undetectably over time until they start to create the energy and comfort problems. We propose to develop a method to model these operating faults and to associate them with a building simulation model. In the first place, we developed physical models of an air-to-air residential heat pump in order to predict the coefficient of performance (COP/EER) of the heat pump, as a function of the use intensity, and operating fault. Then, a Petri net model was proposed to determine a priori structure of fault evolution. In the second step, we apply a notion of uncertainty of fault database to take into account different working cases and generalize the fault occurrence model. We associated it with the dynamic energy simulation tool COMETh, a building simulation model developed by CSTB, to simulate the annual energy consumption. This method helps us to analyze and determine the global uncertainty of fault impacts on the heat pump performance and on the whole energy consumption of the building. The method was applied to a case study of residential building in Paris over 15 years. With three heat pump operating faults, the building consumption remarkably increased from the third year. At the 15th year, the building consumption is double than the standard value. The results underline the possibility of the proposed methodology

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Maunay, Matthieu. "Echangeur de chaleur obtenu par soudage-diffusion : simulation des déformées et prédiction de la tenue mécanique des interfaces." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI038.

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Un nouveau concept d'échangeur de chaleur compacte est développé afin d’améliorer les performances du système de conversion d'énergie pour le réacteur ASTRID. La fabrication de géométries complexes (canaux rectangulaires millimétriques) est possible grâce au procédé de soudage diffusion : des tôles rainurées en acier inoxydable 316L sont empilées en conteneur et soudées lors d'un cycle de Compaction Isostatique à Chaud (CIC). La problématique est alors d'obtenir des interfaces résistantes tout en limitant la déformation des canaux nuisible à l’efficacité de l’échangeur. Pour arriver au meilleur compromis, les travaux de cette thèse vont aider à l’optimisation des paramètres pression/temps/température du cycle de CIC.Le premier axe de travail porte sur la simulation numérique de la déformation d’un tel échangeur lors de la CIC. L’influence des paramètres numériques (taille des éléments, critère de convergence) a été étudiée afin d’optimiser la précision et la vitesse des calculs. Les simulations ont mis en évidence l’importance des défauts d’empilements de la structure (glissements et ondulations des tôles) dans l’augmentation de la déformée de l’échangeur. Puis une caractérisation mécanique poussée des tôles laminées a mené à l’identification d’une loi de comportement entre 20°C à 1040°C.Le second axe porte sur la modélisation de l'évolution des interfaces lors du soudage diffusion et la prédiction de la tenue mécanique de ces dernières, l'ensemble pouvant mener à la définition d'un critère de validité des interfaces.Une étude microstructurale et mécaniques des interfaces a permis d’établir une corrélation entre la tenue mécanique d’un joint soudé-diffusé et son taux de surface soudée. En effet, la disparition de la porosité résiduelle est le critère principal pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques à l’interface. Toutefois, le franchissement de l’interface par les joints de grains, est nécessaire pour retrouver les propriétés des tôles laminées. Un modèle analytique de fermeture des porosités (Hill et Wallach) est utilisé pour calculer le taux de surface soudée d’une interface en fonction des paramètres du cycle de CIC en modélisant la contribution des mécanismes (visco)plastique et diffusifs (en surface et au joint). Associé à la corrélation entre tenue mécanique et taux de surface soudée, il permet de proposer un outil prédictif pour la tenue mécaniques des interfaces soudé-diffusées
A new concept of compact plate heat exchanger is developed for the energy conversion system performances of the ASTRID reactor. Manufacturing the complex geometry is possible by a diffusion-welding process: engraved 316L stainless steel plates are stacked and bonded during a Hot Isostatic Pressing cycle (HIP). The problematic is to get strong interfaces without deforming the channels which is harmful for the exchanger efficiency. To reach a good compromise, this thesis work will help to optimize the HIP parameters (pressure/temperature/ time).The first line of work is about the simulation of the heat exchanger deformation along manufacturing process. The influence of numerical parameters (elements size, convergence criterion) was studied to optimize the accuracy and the calculation time. Simulations have shown the importance of structure stack faults (sliding and plate ripples) in the increase of exchanger deformation. Then, a mechanical characterisation of plates was carried out to identify the constitutive equation between 20°C and 1040°C.The second line is about the interface modelling along welding and the prediction of their mechanical strength, as a whole can lead to the definition of an interface acceptability criterion. A microstructural and mechanical study has enabled to correlate the mechanical strength of a diffusion-bonded junction and its bonded area. Indeed, residual porosity disappearance is the main criterion to get good interfaces mechanical strength. However, the grain boundary migration is required to reach the rolled material properties. A void closure analytical model (Hill and Wallach) was used to estimate the bonded area of an interface according to HIP cycle parameters by modelling the contribution of (visco)plastic and diffusion (surface and boundary) mechanisms. Associated with the correlation between mechanical strength and the fraction of bonded area, it enables to propose a predictive tool for the mechanical strength of diffusion-bonded interfaces

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Abushammala, Omran. "Optimal Helical Tube Design for Intensified Heat / Mass Exchangers." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0091.

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Abstract:

La recherche de solutions technologiques visant à minimiser la taille d’un dispositif, qualifiée d’intensification, est un objectif classique du génie des procédés. Dans ce mémoire, les possibilités d’intensification offertes par des tubes hélicoïdaux sont étudiées, à la fois pour des échangeurs de chaleur et de matière. L’utilisation de tubes hélicoïdaux en lieu et place de tubes droits présente en effet un intérêt à la fois en termes d’augmentation de la surface d’échange par unité de volume entre les deux fluides circulant dans l’échangeur et par la possibilité d’augmentation des transferts par génération de vortex de Dean dans les tubes. Un ensemble de simulations de mécanique des fluides numérique a été réalisé et confronté à des résultats expérimentaux. Au final, sur la base d’une démarche systématique faisant appel à des corrélations, une réduction volumique d’un facteur 8 est obtenue, tant pour les échangeurs de chaleur que pour les contacteurs à membranes
The search for technological solutions aimed at minimizing the size of a device, known as intensification, is a classic objective of process engineering. In this thesis, the intensification possibilities offered by helical tubes are studied, both for heat and mass exchangers. The use of helical tubes instead of straight tubes is indeed of interest both in terms of increasing the exchange surface per unit volume between the two fluids circulating in the exchanger and by the possibility of increasing the transfers by generating Dean vortices in the tubes. A set of CFD (Computational Fluid Dynamics) type simulations was carried out and compared with experimental results. In the end, on the basis of a systematic approach using correlations, a volume reduction of a factor of 8 was obtained, both for heat exchangers and for membrane contactors

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Jarrier, Laurent. "Comportement thermique transitoire après un démarrage à froid des moteurs à combustion interne : étude expérimentale et simulation." Versailles-St Quentin en Yvelines, 1999. http://www.theses.fr/1999VERS0025.

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Abstract:

Lors de la montée en température après un démarrage à froid, les performances du moteur sont dégradées : consommation et pollution exagérées et faible énergie disponible pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. On s'intéresse ici plus particulièrement aux températures d'eau et d'huile qui conditionnent respectivement, le chauffage de l'habitacle et la consommation (par l'intermédiaire des frottements). Le dispositif expérimental utilisé (un calorimètre) permet de déterminer les pertes à l'air, d'établir le bilan thermique détaillé du moteur et ainsi de mieux connaître la répartition de l'énergie délivrée par le carburant pendant la phase de montée en température. D'une part, il apparaît qu'une grande partie de cette énergie (65°/° au démarrage et 35°/° en moyenne sur les 20 premières minutes de fonctionnement) est utilisée au chauffage des masses métalliques, de l'eau et de l'huile, et ce, au détriment de l'énergie disponible pour le chauffage de l'habitacle. D'autre part, la montée en température des parties solides les plus éloignées de la chambre de combustion est lente, ce qui retarde la montée en température de l'huile, qui circule principalement dans ces zones. Un modèle basé sur l'analyse nodale a été élaboré. Les différents modes de transfert thermique entre les 60 noeuds du modèle sont traduits en termes de conduction, convection et/ou rayonnement. Les conditions aux limites côté combustion sont déterminées à partir des relevés de pression dans la chambre et de corrélations. La valeur des différentes sources de frottements sont des données expérimentales. Ce modèle rend compte correctement de l'effet des conditions de fonctionnement du moteur sur unee plage relativement étendue (jusqu'à 3/4 du régime maximal et 1/2 charge). Les travaux futurs pourront porter sur la réduction du nombre des données d'entrées expérimentales du modèle (pression dans la chambre, frottements) en introduisant des sous-modèles. Le nouveau modèle aurait ainsi un caractère plus prédictif

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Zhu, Feng. "Experimental and numerical study of metal foam composites in innovative application of thermal energy storage." Thesis, Troyes, 2017. http://www.theses.fr/2017TROY0009/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse de doctorat est d'étudier expérimentalement et numériquement le comportement thermique des mousses d'aluminium et des matériaux à changement de phase (MCP), présentés sous la forme d’un composite, afin de connaître le phénomène de stockage d’énergie thermique dans ces matériaux. Le procédé de fabrication de la mousse d'aluminium à cellules ouvertes est d’abord analysé numériquement dans le but de réduire les défauts formés durant la fabrication. Les caractéristiques de transfert de chaleur du MCP dans les mousses d'aluminium comportant différentes porosités sont ensuite étudiées en analysant les processus de fusion et la variation de températures dans ces composites. Deux modèles numériques pour la mousse d'aluminium à faible et à haute porosité sont établis afin d’évaluer la performance de stockage d'énergie des composites. Les résultats montrent que la mousse d'aluminium peut améliorer considérablement la performance de transfert de chaleur du MCP en raison de sa conductivité thermique élevée. La performance de stockage d'énergie dépend fortement de la porosité des mousses d'aluminium. Une porosité optimisée met en évidence cette performance et l’amélioration du comportement thermique. La dernière partie de la thèse porte sur une structure améliorée de la mousse par rapport à la structure uniforme: Association de l’ailette métallique et du gradient de porosité de la mousse. Cette nouvelle structure donne ainsi une performance de stockage d'énergie encore meilleure surtout dans le cas d’une source de chaleur isotherme
The objective of this Ph.D. thesis is to study the thermal behavior of the aluminum foam and phase change material (PCM) composite by both experimental and numerical methods in order to know the phenomena of storage of thermal energy in these materials. The manufacturing process of open-cell aluminum foam is firstly analyzed numerically to reduce the manufacturing defects in the samples. The heat transfer characteristics of PCM embedded in aluminum foams with different porosities are then investigated by analyzing the melting processes and the temperature variations in the composites. Two numerical models for low and high porosity aluminum foam are established to evaluate the energy storage performance of the composites. The results show that the aluminum foam can greatly improve the heat transfer performance in PCM due to its high thermal conductivity. The energy storage performance depends strongly on the porosity of the aluminum foam/PCM composite. An optimized porosity highlights this performance and improves the thermal behavior. The last part of this thesis proposes an improved structure of aluminum foam with respect to the uniform structure: Association of the metal fin and the foam with graded porosity. This new structure possesses a better energy storage performance especially in the case of the isothermal heat source

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Azos, Diaz Karina. "Étude multi-échelle des transferts de chaleur et de masse appliquée à un bâtiment parisien rénové, en condition météorologique normale et en période de vague de chaleur." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066108/document.

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Abstract:

À Paris environ 44% des bâtiments ont été construits avant 1914 avec des murs épais non isolés et des matériaux poreux, caractérisés par une forte inertie thermique et des propriétés hygroscopiques. Les propriétés hygrothermiques des matériaux utilisés dans les constructions anciennes ont des effets qui : (i) confèrent (aux bâtiments) de bonnes qualités thermiques en période estivale et (ii) contribuent à réguler la température et l’humidité relative intérieure. En France les politiques d’économie d’énergie et la régulation thermique ont abouti à la mise en place de l’isolation thermique afin de réduire les consommations d'énergie pendant l'hiver. L'installation de l'isolation thermique dans la rénovation des bâtiments existants pose cependant des difficultés. D’autre part, il est prévu que des conditions extrêmes de chaleur deviennent plus fréquentes dans des scénarios du climat futur. Ainsi, les évolutions possibles du climat futur doivent être intégrées dans l'évaluation des stratégies de rénovation dans le bâtiment ancien. Ce travail de thèse porte sur l'évaluation du comportement hygrothermique de constructions anciennes rénovées à Paris, dans des conditions météorologiques actuelles et de vague de chaleur. A l’échelle des logements un modèle a été construit sur un outil de simulation thermique dynamique, calé et validé à travers des données enregistrées dans une campagne de mesure lancée en 2014 dans les logements étudiés. À l’échelle de la paroi un modèle macroscopique en 2D est proposé afin d'étudier les transferts de chaleur et de masse dans un mur poreux constitué de plusieurs couches avec de l’isolation thermique par intérieur et par l’extérieur
In Paris 44% of the dwellings were built before 1914 with uninsulated thick walls made of porous materials, characterized by high thermal inertia and hygroscopic properties. The hygrothermal properties of existing buildings materials have effects that: (i) give (to these buildings) good thermal qualities in summer and (ii) help to regulate indoor temperature and relative humidity. In France the energy saving policies and thermal regulation have resulted in the implementation of thermal regulation to reduce energy consumption during winter. Though the installation of thermal insulation in existing buildings poses a number of difficulties. Moreover, it is expected that extreme heat conditions become more frequent in future climate scenarios. Thus, the possible evolutions of future climate must be integrated into the evaluation of renovation strategies in old buildings. This thesis focuses on the assessment of the hygrothermal behavior of old renovated Parisian buildings, in current and heat wave weather. At the building scale (housing), a model was built in dynamic thermal simulation tool. The model was calibrated and validated through recorded data from a measurement campaign launched in 2014 on the studied housings. At the wall scale, a macroscopic model in 2D is proposed to study the heat and mass transfer through a multilayered porous wall, renovated with internal thermal insulation and external thermal insulation

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Nabhani, Messaoud. "Application d'un modèle de transfert de masse et de chaleur au séchage à haute température : détermination expérimentale des paramètres du modèle et sa validation." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24701/24701.pdf.

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Abstract:

L’objectif général de ce travail était d’appliquer un modèle de transfert de masse et de chaleur basé sur l’approche du potentiel hydrique au séchage à haute température. L’étude a comporté trois volets. Le premier volet a porté sur l’adaptation du modèle de transfert 2D existant pour le séchage à moyenne température et le séchage sous vide au séchage à haute température. Le deuxième volet, soit la partie principale de l’étude, a été consacré à la détermination expérimentale des paramètres du modèle de transfert à haute température. Le troisième volet a consisté à valider le nouveau modèle de transfert à l’aide de simulations et d’essais de séchage en laboratoire. La mesure des paramètres expérimentaux fut effectuée sur le bois d’aubier et de duramen d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Les paramètres mesurés furent les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur, la conductivité hydrique effective, le ratio flux de vapeur/flux total, la perméabilité intrinsèque du bois et sa perméabilité relative au gaz. D’autres paramètres comme la relation teneur en humidité-potentiel hydrique, la diffusivité effective de la vapeur dans le bois et la conductivité thermique furent tirés ou déduits de la littérature. Les essais de validation ont porté sur deux chargements de colombages de bois d’épinette blanche séchés à 105 et 115°C. Les résultats de ces essais ont été comparés aux résultats de simulation obtenus à partir du modèle de transfert à haute température implanté dans deux codes numériques différents, soit le code DRYTEK écrit en Fortran et le code DRYMEF écrit en C++. Les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur déterminés à des températures de 105 et 115°C et à une vitesse de l’air de 3 m/s demeurent constants aux teneurs en humidité moyennes au-dessus de 60% et diminuent graduellement par la suite. Il s’avère aussi que la position dans l’arbre (aubier vs duramen) a un effet important sur l’évaluation des coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur. Il en est de même pour l’épaisseur des planches, particulièrement aux teneurs en humidité élevées. Les résultats démontrent également que les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur augmentent avec la température. Les mesures de la conductivité hydrique effective à 105 et 115°C démontrent que celle-ci est fortement affectée par la teneur en humidité du bois, la température et la direction structurale. La conductivité hydrique décroît avec la teneur en humidité du bois et augmente avec la température d’une façon exponentielle. Elle est plus élevée dans la direction longitudinale que dans les directions radiale et tangentielle. À une teneur en humidité et à une température données, aucune différence n’a été observée entre la conductivité hydrique effective de l’aubier et celle du duramen. Les résultats des mesures du ratio flux de vapeur/flux total ont montré que ce dernier est comparable à celui rapporté dans la littérature pour le séchage à moyenne température et qu’il est indépendant de la température et du type de bois (aubier vs duramen). Les résultats des mesures de perméabilité intrinsèque indiquent que la perméabilité longitudinale est d’au moins deux ordres de grandeur plus élevée que les perméabilités radiale et tangentielle. Le bois d’aubier est plus perméable que le bois du duramen, peu importe la direction structurale. Finalement, la comparaison des résultats des essais de validation aux résultats de simulation des deux codes utilisés indique que DRYTEK simule très bien la courbe moyenne de séchage à haute température, les profils de température ainsi que la pression au centre du bois. Les profils de teneur en humidité simulés semblent cependant trop plats. Malgré les quelques disparités observées, on peut conclure en la validité du modèle de transfert utilisé et de l’adaptation de DRYTEK pour le séchage à haute température par l’ajout de l’équation de pression. Il en est de même pour les valeurs expérimentales mesurées pour les paramètres de modélisation. Quant au code DRYMEF, il simule mieux les profils de teneur en humidité mais certains ajustements restent à faire pour améliorer la précision des résultats de simulation.

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Sarthou, Arthur Jean. "Méthodes de domaines fictifs d'ordre élevé pour les équations elliptiques et de Navier-Stokes : application au couplage fluide-structure." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13867/document.

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Abstract:

Nous décrivons ici une méthodologie complète de simulation d'écoulements et de transferts thermiques incluant des objets ou des interfaces de formes complexes. Nous présentons tout d'abord une méthode de projection de maillages surfacique vers volumique. Nous décrivons ensuite deux nouvelles méthodes de domaines fictifs. La première est une méthode de pénalisation au second ordre et permet d'imposer des conditions de Dirichlet ou de Neumann. La seconde est une méthode algébrique qui permet de gérer des interfaces immergées au second ordre. Nous exposons ensuite une méthodologie de couplage fluide-structure ainsi que des applications industrielles de ces méthodes. Nous présentons aussi l'application de ces résultats à la synthèse d'image
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Nugue, Frédéric. "Recherche d'une méthode rapide de détermination du coefficient de diffusion en milieu cimentaire saturé." Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0019.

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Abstract:

Notre étude vise à développer des méthodes rapides de détermination des coefficients de diffusion des matériaux cimentaires saturés. Une étude analytique et expérimentale de la diffusion moléculaire de HTO a été réalisée. Trois voies ont été retenues : l'exploitation du régime transitoire amont ou aval, le suivi simultané des compartiments amont et aval et le dopage préalable des échantillons. Une étude expérimentale et numérique (code de calcul Ms-Diff) de la diffusion ionique des ions Cl- a permis de réexaminer l'influence des interactions électriques sur la durée du régime transitoire. Le suivi simultané du compartiment amont et aval a, outre l'obtention d'un gain de temps sensible, permis de développer une nouvelle méthode de détermination des interactions physico-chimiques sur matériau massif. Des essais de migration aux chlorures ont permis d'étudier l'influence des conditions expérimentales. La modélisation des essais par Ms-Diff a permis de valider l'approche multi-espèces
The aim of our study consist in developing quick methods of diffusion coefficient determination in saturated cement based materials. Analytical and experimental studies of the HTO molecular diffusion have been conducted. Three ways were studied : the unsteady state in upstream or downstream compartment, the simultaneous exploitation of upstream and downstream compartments and preliminary doping of samples. Experimental and numerical studies by Ms-Diff code of chloride ionic diffusion allowed us to re-examine the influence of electrical interactions during the unsteady state regime. A new method of physico-chemical interactions determination on massive sample and a substantial reduction of time consuming have been found. Chloride migration tests allowed us to study the influence of experimental conditions. The experimental results were in good agreement with modelling by Ms-Diff. The multi-species approach has been validated

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Dissertations / Theses on the topic 'Échangeurs de chaleur – Simulation, Méthodes de'

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