TP Gambit-Fluent [PDF]

Zitiervorschau

Département Génie des Procédés l'Énergie Et de l’Environnement

Logiciels de Simulation Gambit-Fluent

Rapport du TP

Modélisation de l'écoulement périodique et du transfert de chaleur

Réalisé par: Kouchaoui Mariame Nada Rafaa

Génie des Procédés de l'Energie et de l'Environnement

Encadré par: Pr. KHALLAKI

Sommaire

Introduction La construction de la géométrie sous le préprocesseur GAMBIT 1ere étape : construction de la géométrie 2ème étape : le maillage et sa vérification 3ème étape : la définition des frontières (Types de condition aux limites) et définition des domaines de calculs

Génie des Procédés de l'Energie et de l'Environnement

Introduction : Dans les sociétés industrielles l’échangeur de chaleur est un élément essentiel pour la maitrise de l’énergie et des problèmes relevant de la thermodynamique ; cet équipement permet d’assurer un transfert de chaleur d’un fluide chaud à un fluide froid sans contact direct entre les deux. Le même fluide peut conserver son état physique liquide ou gazeux, ou se présenter successivement sous les deux phases : c’est le cas des condenseurs, évaporateur, bouilleurs, ou des tous le refroidissement.. Pour cela, dans ce travail pratique en va étudier numériquement le comportement dynamique et thermique d’un écoulement de fluide dans un échangeur de chaleur tubulaire à l’aide de GAMBIT et du solveur « FLUENT », et ceci pour pouvoir simuler l’écoulement du fluide et avoir une idée générale quant aux phénomènes d’échange de chaleur entre les deux fluides chaud et froid à travers les parois de l’échangeur. Dans un premier lieu nous avons présenté le logiciel qui réaliser la géométrie et le maillage, ou le préprocesseur : GAMBIT et par la suite on va essayer de résoudre le problème sous le solveur Fluent tout en évaluant et discuterons les résultats de simulation trouvées.

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I.

La construction de la géométrie sous le préprocesseur GAMBIT : Dans ce TP on va utiliser Gambit comme préprocesseur intégré pour l’analyse en CFD (Computationnal Fluid Dynamics) pour construire une géométrie et générer un maillage. En effet, on va l’utiliser pour effectuer le dessin de la plus petite unité non symétrique d’un l’échangeur de chaleur ainsi essayer de la mailler et à la fin on évaluera la qualité du Maillage en utilisant les outils de vérification du maillage pourquoi les défauts soient facilement détectés.

1ere étape : construction de la géométrie Dans un premier lieu, on a essayé de dessiner les différents points nécessaires pour la construction de la pièce. Après avoir construire les lignes liant les différents points du graphe on crée une face de l’échangeur, et pour cela nous avons besoin pour sélectionner les lignes qui entourent ce domaine. Cela peut se faire en maintenant la touche Shift, en cliquant sur chaque ligne demandée comme le montre la schéma suivant.

2ème étape : le maillage et sa vérification Génie des Procédés de l'Energie et de l'Environnement

La génération de maillage (2D) est une phase très importante dans une analyse CFD, vu l'influence de ses paramètres sur la solution calculée. Après avoir créé la géométrie de la pièce on fait le maillage des arcs ainsi que des segments avant de passer au maillage de la surface toute entière. Dans la réalisation de ce TP nous étions obligés de prendre en considération un phénomène aussi important pour l’étude des écoulements au sein d’un échangeur de chaleur qui sont les couches limites qui définissent l'espacement des rangées de nœuds de maillage dans les régions immédiatement adjacentes aux arêtes et aux faces. Elles

sont principalement utilisées pour contrôler la densité du maillage et, par

conséquent, pour contrôler la quantité d'informations disponibles à partir du modèle de calcul dans des régions spécifiques. Dans notre cas il est probable que les gradients de vitesse du fluide soient importants dans la région immédiatement adjacente à la paroi des tubes de l’échangeur et faibles près des zones inter tubulaires qui représente la surface d’écoulement de fluide froid à l’intérieur de la calandre. En fixant une couche limite sur la face représentant la paroi du tuyau, on a augmenté la densité du maillage près du mur et on l’a diminué loin des tubes, obtenant ainsi des informations suffisantes pour caractériser les gradients dans les deux régions tout en réduisant le nombre total. Des nœuds de maillage dans le modèle. Pour définir une couche limite on a spécifié les informations suivantes: Algorithme de couche limite. Hauteur de la première rangée d'éléments de maillage. Facteur de croissance - qui spécifie la hauteur de chaque rangée d'éléments. Nombre total de lignes - définissant la profondeur de la couche limite. Bord auxquels la couche limite est attaché. Après avoir essayé plusieurs tentatives on a utilisé un maillage de type ‘’quad’’ qui est beaucoup plus facile de le générer en utilisant une telle géométrie, il nous a permets d’économiser en nombre d’éléments, d’obtenir un nombre inférieur de maille par rapport à un maillage non structuré équivalent, de réduire les risques d’erreurs numériques car Génie des Procédés de l'Energie et de l'Environnement

l’écoulement est aligné avec le maillage. Mais il nous a abouti juste à une trop bonne qualité de maillage. Le résultat de maillage trouvé est représenté dans la figure ci-dessous

Evaluation du maillage utilisé : Pratiquement, il on n’a pas trouvé une règle bien précise pour la création d’un maillage valable, cependant on a essayé de respecter plusieurs approches qui permettent d’obtenir une grille acceptable. Nous pouvons résumer ces règles ainsi , maintenir une bonne qualité des éléments, assurer une bonne résolution dans les régions à fort gradient qui sont représenté près des murs des tubes , et finalement minimiser le nombre Total des éléments pour avoir un temps de calcul raisonnable. Comme le montre le schéma suivant il y a quelques zones qui représente une qualité moyenne de maillage mais la quasitotalité d’entre eux et surtout celles près des tubes est de très bonne qualité.

3éme étape : la définition des frontières (Types de condition aux limites) et définition des domaines de calculs Après la création de géométrie et la génération de maillage, on préciser les conditions aux limites pour bien simuler notre modèle.

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On exporte le maillage et on sauvegarde le fichier une fois que la géométrie a été créée, que les conditions aux limites ont été définies, il faut exporter le maillage, en point « .msh » pour que Fluent soit capable de le lire et de l’utiliser. On peut ensuite fermer Gambit et lancer Fluent.

Conclusion : A travers la réalisation de ce travail pratique on a pu étudier le comportement dynamique et thermique des écoulements dans un échangeur de chaleur. Cette étude a été réalisée à l'aide de deux logiciels intéressants le préprocesseur Gambit et le solveur Fluent qui se base sur la méthode des volumes finis. De nos résultats obtenus, on a remarqué que : Pour avoir de bons résultats, il faut choisir le maillage qui convient à la configuration étudiée et dans notre cas on a utilisé le maillage ‘’quad ‘’. L’analyse des résultats obtenus a permis d’associer élévations de température du fluide par son contact avec les parois des tubes dont lesquels passe le fluide chaud. Les résultats numériques, obtenus présentés pour analyser le comportement dynamique et thermique de l’écoulement constituent un apport important pour l'enrichissement des connaissances sur les échanges ainsi produits au cour des phénomènes du transfert de chaleur entre les facettes des tubes et le fluide circulant au sein de la calandre. Les profils et la distribution de la vitesse montrent que La perturbation la plus élevée est obtenue en amont de chaque tube, ces zones de recirculations sont responsables à l’augmentation de la température du fluide circulant au sein de la calandre où les échanges sont plus importants. La température de fluide augmente dès que le fluide se trouve de nouveau en contact avec le tube et ceci se répète d’une manière analogue d’un contact à un autre..

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