Analyse thermo énergétique de la convection thermique d’un écoulement de nanofluide dans des micro-canaux ondulés.

Abstract

Dans cette étude, nous avons mené une investigation numérique bidimensionnelle du transfert thermique d'un écoulement laminaire de nanofluide 𝐴𝐴𝐴𝐴2𝑂𝑂3-eau dans un micro-canal soumis à une condition de flux sur les parois. La géométrie du micro-canal étudié présente trois formes d'ondulations, à savoir trapézoïdale, rectangulaire et semi cylindrique. Le logiciel Ansys Fluent, version 14.0, avec son environnement Workbench, ont été utilisés pour reproduire les géométries étudiées et pour la résolution des équations de conservation correspondantes (de la masse, quantité de mouvement et énergie). L'algorithme SIMPLE est utilisé pour le couplage vitesse-pression. Le modèle proposé est d'abord testé et comparé avec des résultats de travaux expérimentaux issus de la bibliographie. Un travail sur la sensibilité du maillage a été également étudié avant d'analyser l'influence de grandeurs caractéristiques du système, vitesse d’entrée, géométrie du micro-canal, concentration volumique et du diamètre de nanoparticules... Les résultats obtenus, distribution de vitesse et de température, ont été exploités et discutés en termes de nombre de Nusselt et de coefficient de perte de charge et de frottement. Les principaux résultats ont montré que l'utilisation de micro-canaux trapézoïdaux ondulés permet d'augmenter le nombre de Nusselt et donc d'améliorer le transfert thermique. D’autre part, la variation des concentrations volumiques des nanoparticules contribue également à augmenter le transfert de chaleur. On a observé aussi un effet non négligeable de la forme et de la taille des nanoparticules utilisées sur le transfert thermique.