Contribution à l'étude de l'interaction d'un jet axisymétrique avec une cavité cylindrique chauffée

Abstract

Le présent travail est une contribution à l'étude d'une interaction symétrique d'un jet axisymétrique turbulent, issu d'une longue conduite à l'intérieur d'une cavité cylindrique chauffée à fond fermé. L'interaction jet-cavité est analysée numériquement à l'aide de deux modèles statistiques de turbulence de fermeture en un point RANS: - Le modèle k- réalisable du premier ordre - Le modèle des tensions de Reynolds (Reynolds Stress Model-RSM) du second ordre. La résolution numérique des équations du mouvement et celle de l'énergie sont effectuées par le code CFD ANSYS (Fluent14) basé sur une méthode des volumes finis et qui nécessite l'usage du code Gambit 6.3 pour générer la géométrie, le maillage et les conditions aux limites du problème. Les champs dynamique et thermique ont été investigués pour différent distances d'impact du jet avec le fond de la cavité, de 2d à 12d (d étant le diamètre du jet) et pour une gamme du nombre de Reynolds Re variant de 2 104 à 5 104 correspondant à une turbulence pleinement développée. Une validation a été effectuée avec des travaux expérimentaux disponibles dans la littérature. Les résultats obtenus ont permis de confirmer les observations suivantes : " L'écoulement dans la cavité se compose de trois zones principales : a. Une zone de jet libre. b. Une zone d'interaction du jet principale avec l'écoulement de retour. c. Une zone stagnante située au fond de la cavité qui forme un tourbillon toroïdale. " L'interaction d'un jet rond avec une cavité cylindrique génère un écoulement stable (non oscillatoire) parfaitement symétrique. " Le chauffage n'a pas une influence sur la structure globale d'écoulement (Problème de convection forcée). " Cette étude nous a permis de proposer des corrélations en fonction du nombre de Reynolds Re et de la distance d'impact Lf, pour nombre du Nusselt au point d'arrêté Nu0 (Nu0=f(Re,Lf)) et le nombre de Nusselt moyen Nuavr (Nuavr=f(Re,Lf)