Couplage conducto-radiatif de structures poreuses hétérogènes dans un maillage tétraédrique

A l'aide d’un nouveau modèle numérique de couplage de la conduction et du rayonnement thermiques, nous cherchons à caractériser des matériaux poreux hétérogènes à structure complexe et soumis à des hautes températures. Ce dernier modélise la conduction de manière déterministe par une méthode éléments finis, et le rayonnement de manière stochastique par lancer de rayons Monte-Carlo. L’ensemble de la simulation a lieu dans un maillage tétraédrique non structuré. Cet outil permet d’obtenir le champ de température couplé 3D, ainsi que les flux conductif, radiatif et le flux total selon une direction choisie. La géométrie étudiée est issue d’une tomographie par rayons X d’un échantillon de matériau fibreux, représentée initialement par une « image » de taille 840³ voxels. Cette dernière est ensuite maillée en tétraèdres non structurés puis étudiée. La phase solide (les fibres) est considérée comme opaque dans un premier temps, bien que l’objectif à terme de l’outil soit de pouvoir représenter le comportement semi-transparent exhibé par les fibres. A cette fin, les rayons se propagent de tétraèdre en tétraèdre et non pas d’interface en interface (on ne calcule pas des longueurs d’extinction) comme pour la plupart des lancers de rayons actuels. L’aspect novateur de cette étude se trouve dans la gestion des conditions aux limites radiatives, ainsi que dans le calcul du flux radiatif. En effet, le rayonnement et la conduction sont traités de manière indépendante, mais doivent être cohérents et permettre d’obtenir un flux total qui se conserve. Une récente étude d’analyse comparée [1] a montré que cette conservation n’était pas toujours obtenue selon les approches de modélisation du couplage conducto-radiatif retenues. Par ailleurs, ce code de calcul permet de traiter des volumes numériques proches d’un VER sur un ordinateur de bureau et en des temps de calcul parfaitement raisonnables malgré son aspect stochastique. Pour illustrer les capacités de cet outil numérique, nous présentons une étude paramétrique sur l’évolution des profils de flux radiatif et conductif pour un matériau poreux en fonction des paramètres thermo-physiques du problème. [1] L. Pénazzi et al, « Comparative analysis of methods for solving conduction-radiation coupling in heterogeneous materials », 11th International Symposium on Radiative Transfer RAD-25 June 15-20, 2025

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