Analyse numérique des modifications du transfert de chaleur par une déformation dynamique de la surface d’un film liquide.

Marion Beaumale2^{2}, Frédéric Topin1,⋆^{1,\star}, Marc Miscevic2^{2}, Pascal Lavieille2^{2}
⋆^{\star} : frederic.topin@univ-amu.fr
1^{1} IUSTI, Aix-Marseille University
2^{2} LAPLACE, Paul Sabatier University
Mots clés : film, déformation, transferts, intensification
Résumé :

La modification des transferts de chaleur induits par une perturbation (typiquement une onde stationnaire ou « vague » progressive) d’un film ou d’un canal de liquide de petite dimension présente un intérêt particulier pour deux configurations fréquemment rencontrées dans des composants thermiques avancés : la condensation/évaporation en film (surface libre) et les échangeurs à paroi mobile (surface solide déformable). Nous avons réalisé des travaux antérieurs dans ces deux configurations et mis en évidence des modifications substantielles des transferts dans les deux cas.L’échangeur à parois mobile a été étudié précédemment et la modification des transferts induits par une onde progressive analysée dans des travaux antérieurs puis l’application du concept (a supprimer répétition avec précédemment et avec travaux antérieur) a été démontrée.

Nous avons présenté le dispositif expérimental et les mesures simultanées des profils de distribution des phases et du coefficient de transfert de chaleur dans un minitube lors de la condensation convective de HFE7000 à de faible vitesse massique. Les travaux exposés ici visent à compléter ces résultats par des calculs CFD validés afin d’obtenir une vue détaillée des transferts de chaleur dans une telle configuration. Nous nous intéressons notamment à l’influence des vagues (déstabilisant le film liquide) sur l’écoulement local du fluide et le transfert de chaleur. L’amélioration des transferts est généralement attribuée à l’effet de turbulence dans les tubes classiques. Dans un minitube et pour la plage de débit explorée, le nombre de Reynolds est cependant trop faible pour permettre un comportement turbulent du fluide (principalement du liquide).

Nous explorons ainsi le comportement des écoulements laminaires complexes induits par des modèles de vagues. Nous observons en particulier l’impact de ces écoulements sur les transferts de chaleur dans le film ainsi que les couplages avec la paroi afin d’expliciter les mécanismes d’intensification/atténuation des transferts et les modifications du coefficient d’échange à l’échelle du composant (condenseur/échangeur) observées. Les travaux relatifs à la configuration « échangeur » ont été menés sur des ondes stationnaires ou progressives couvrant totalement l’étendue de la surface. Pour permettre une comparaison plus détaillée des mécanismes nous ciblons plus particulièrement la propagation d’une vague unique sur la surface. Nous nous intéressons aux différences de topologie d’écoulement et d’intensification associées liées au frottement sur la surface mobile (libre vs. paroi).

Nous présentons une analyse de l’influence des paramètres de la vague (amplitude, vitesse, cisaillement en surface) sur les transferts.

Work In Progress