Hostname: page-component-848d4c4894-v5vhk Total loading time: 0 Render date: 2024-06-16T04:28:10.016Z Has data issue: false hasContentIssue false

Étude dynamique et thermique d’un écoulement pulsé en présence d’un solide chauffé en rotation

Published online by Cambridge University Press:  10 February 2011

Abderrahmane Ghezal*
Affiliation:
Institut de Physique, USTHB, BP 32 El-Alia, Bab-Ezzouar, Alger, Algérie
Zohra Ouchiha
Affiliation:
Institut de Physique, USTHB, BP 32 El-Alia, Bab-Ezzouar, Alger, Algérie
Bernard Porterie
Affiliation:
I. U. S. T. I., Université de Provence-CNRS, UMR 6595, Marseille, France
Damien Veyret
Affiliation:
I. U. S. T. I., Université de Provence-CNRS, UMR 6595, Marseille, France
Jean Claude Loraud
Affiliation:
I. U. S. T. I., Université de Provence-CNRS, UMR 6595, Marseille, France
*
a Auteur pour correspondance : abdghezal@yahoo.fr
Get access

Abstract

Ce travail s’intéresse à un écoulement autour d’un obstacle cylindro-conique chauffé, en rotation à l’intérieur d’une cavité cylindrique. Il s’agit d’étudier l’influence d’une perturbation de type harmonique sur le comportement dynamique de l’écoulement et sur le mécanisme de l’échange thermique avec l’obstacle. La fréquence de référence de l’écoulement périodique a été déterminée par l’analyse de l’évolution du régime vers son état stationnaire. L’étude a été menée pour des fréquences variant de 1/3 de la fréquence de référence à 10 fois cette dernière. La périodicité de l’écoulement est assurée par la condition d’entrée sur le débit supposé périodique. L’étude numérique a été réalisée pour des valeurs du nombre de Reynolds inférieur à 100 et pour des valeurs de nombre de Taylor inférieur à 500 afin d’éviter la présence des instabilités au sein de l’écoulement. Deux méthodes numériques ont été utilisées : une méthode de différences-finies combinée avec un schéma ADI et la méthode des éléments-finis. Le fluide considéré est l’air avec des propriétés physiques constantes. Le couplage convection-conduction a été considéré dans une plage de variation du rapport K de la conductivité thermique du solide à celle du fluide de 10-2 à 103. Les résultats montrent que les composantes de la vitesse varient en phase avec le débit, alors que la pression et les différents paramètres thermiques sont en déphasage avec la vitesse d’entrée. On note aussi l’aspect périodique de tous les paramètres dynamiques et thermiques de l’écoulement pour les nombres de Reynolds utilisés. L’influence de la fréquence se manifeste davantage pour ses valeurs élevées. Le nombre de Nusselt est proportionnel à la fréquence. Ces résultats sont en bon accord avec ceux données par d’autres études de référence.

Type
Research Article
Copyright
© AFM, EDP Sciences 2011

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

Références

Atabek, H.B., Chang, C.C., Oscillatory flow near the entry of circular tube, Zamp 12 (1961) 403422 CrossRefGoogle Scholar
D.G. Drake, On the flow in a channel due to a periodic pressure gradient, Quart. J. Mech. Appl. Math. l18 (1965)
Gedeon, D., Mean parameter modelling of oscillating flow, J. Heat Trans. 108 (1986) 513518 CrossRefGoogle Scholar
Huebner, S.R., A finite difference analysis of heat transfer in periodic cavity flows, Numerical Meth. Laminar Turbulent Flow 6 (1989) 12651275 Google Scholar
André, P., Creff, R., Étude des conditions particulières de fréquence favorisant les transferts thermiques en écoulements pulsés en canalisation cylindrique, Int. J. Heat Mass Trans. 24 (1981) 12111219 CrossRefGoogle Scholar
Yakhot, A., Grinberg, L., Phase shift ellipses for pulsating flows, Phys. Fluids 15 (2003) 20812083 CrossRefGoogle Scholar
R. Sevirino, Farias Neto, Simulation numérique du transfert de matière global dans un écoulement tourbillonnaire non entretenu – Cas des forts nombres de Schmidt, 14e Congrès Français de mécanique Toulouse, France, 1999
Kakac, S., Yenner, Y., Exact solutions of transient forced convection energy equation for time with variation of inlet temperature, Int. J. Heat. Mass. Trans. 16 (1973) 22052214 CrossRefGoogle Scholar
Suces, J., An improved quasi-study approach for transient conjugated forced convection problems, Int. J. Heat. Mass. Trans. 24 (1981) 17111722 Google Scholar
Acker, M.T., Fourcher, B., Analyse en régime thermique périodique du couplage conduction convection entre un fluide en écoulement laminaire et une paroi de stockage, Int. J. Heat. Mass. Trans. 24 (1981) 12011210 CrossRefGoogle Scholar
Singh, P., Radhkrishnan, V., Fluctuation flow due to unsteady rotation of a disk, AIAAA J. 27 (1988) 150154 CrossRefGoogle Scholar
Aplet, C.T., Ledwich, M.A., Heat transfer in transient and unsteady flow past a heated circular cylinder in the range 1 ≤ R ≤ 40, J. Fluid. Mech. 95 (1979) 761777 CrossRefGoogle Scholar
Huw, G., Davies, Fluctuating heat transfer from hot wires in low Reynolds Number, J. Fluid. Mech. 73 (1976) 4951 Google Scholar
M. Lachi, G. Polidori, M. Rebay, J. Padet, Convention forcée instationnaire sur une plaque soumise à une perturbation de flux périodique, 14e Congrès Français de Mécanique, Toulouse, France, 1999
Majdalani, Pulsatory channel flows with arbitrary pressure gradients, AIAA, 3rd, Theoretical fluid mechanics meeting, 2002, pp. 24–26
Zhao, T., a Numerical Solution of laminar flow convection in a heated pipe subjected to a reciprocating flow, Int. J. Heat. Mass. Trans. 38 (1995) 30113022 CrossRefGoogle Scholar
Byunng-Hun Kim, Modelling pulsed blowing systems for active flow control. Ph.D. Thesis Chicago, Illinois, 2003
Fedel, F., Hitt, D., Prabhu, R.D., Revisiting the stability of pulsatile pipe flow, Eur. J. Mech. B/Fluids 24 (2005) 237254 CrossRefGoogle Scholar
Hadj Ali, Contribution à l’étude dynamique et thermique d’un écoulement pulsé dans une conduite horizontale en présence d’un obstacle cylindrique chauffé, Thèse de Magister, université USTHB, 2006
Mackrodt, P.A., Stability of Hagen-Poiseuille flow with superimposed rigid rotation, J. Fluid. Mech. 73 (1976) 153164 CrossRefGoogle Scholar
Owen, J.M., Pincombe, J.R., Velocity measurements inside a rotating cylindrical cavity with a radial outflow of fluid, J. Fluid. Mech. 99 (1980) 111127 CrossRefGoogle Scholar
Legrand, J., Couere, F., Transfert de matière globale liquide-paroi pour des écoulements associant tourbillons de Taylor et circulation axiale forcée, I.J. H.M.T. 25 (1982) 345351 Google Scholar
Harlow, F.H., Welch, J.E., Numerical calculation of time dependent viscous incompressible flow with free surface, Phys. Fluids 8 (1965) 21822190 CrossRefGoogle Scholar
Temam, R., Sur l’approximation des équations de Navier Stokes par la méthode des pas fractionnaires Arch, Rat. Mech. Anal. 32 (1969) 377385 CrossRefGoogle Scholar
Fortin, M., Peyret, R., Teman, R., Résolution numérique des équations de Navier-Stockes pour un fluide incompressible, J. Mech. 10 (1971) 357390 Google Scholar
R. Peyret, Unsteady evolution of a horizontal jet in a stratified fluid, J. Fluid. Mech. 78 (1976)
Peyret, R. et al., Calcul de l’écoulement d’un fluide visqueux compressible autour d’un obstacle de forme parabolique, Lecture Notes de Physique 19 (1973) 222229 CrossRefGoogle Scholar
Ghezal, A., Loraud, J.C., Écoulement confiné d’un fluide visqueux incompressible autour d’un obstacle cylindro-conique, Mech. Res. Com. 11 (1984) 8389 CrossRefGoogle Scholar
Ghezal, A., Loraud, J.C., Écoulement confiné d’un fluide visqueux incompressible autour d’un obstacle cylindro- conique en mouvement hélicoïdal, Mech. Res. Com. 16 (1989) 183189 CrossRefGoogle Scholar
A. Ghezal, B. Porterie, J.C. Loraud, Modélisation du transfert de chaleur, avec couplage conduction convection, entre un obstacle en mouvement hélicoïdal est un fluide visqueux en écoulement confiné, Int. J. Heat. Mass. Trans. 329–341 (1992)
Z. Ouchiha, A. Ghezal, J.C. Loraud, M. Saighi, A. Benzaoui, Digital simulation of a vertical Newtonian fluid flow in the presence of a heated cylindrical obstacle, AMSE 72 (2003)
A. Ghezal, Z. Ouchiha, J.C. Loraud, Étude des instabilités dynamique et thermique dans un écoulement autour d’un obstacle chauffé en rotation 17e Congrès Français de Mécanique, Troyes, France, 2005
A. Ghezal, N. Ait Moussa, Z. Ouchiha, J.C. Loraud, Frequency influence on thermal exchange in spiral flow, 4th international conference on heat transfer, fluid mechanics and thermodynamics, Cairo, Hefat Egypt paper number GA, 2005