Étude d’un fluide supercritique dans une cavité

Abstract

L’objectif de ce mémoire est de modéliser et simuler le transfert thermique dans écoulement de fluide supercritique s’écoulant dans une cavité 2D ouverte latéralement, afin d’étudier comment les propriétés spécifiques des fluides au voisinage du point critique liquidegaz peuvent modifier les phénomènes observés par rapport à un gaz parfait. La configuration retenue pour les simulations numériques correspond au cas d’un écoulement de HaguenPoiseuille chauffé par le bas (problème de Poiseuille-Rayleigh-Bénard) qui a été largement étudié dans la littérature pour les gaz parfaits. Les résultats obtenus montrent l'existence d'instabilités thermoconvectives apparaissant sous la forme de panaches thermiques s’étalant sur toute la hauteur de la cavité dans le cas d’un fluide parafait et sur la couche limite chaude dans le cas d’un gaz supercritique. Notre étude montre aussi que ces structures themoconvectives apparaissent plutôt et sont plus rapides que dans le cas des gaz parfait, d’où l’intérêt d’utiliser les fluides supercritiques dans les procédés industriels. The aim of this master’s thesis is to model and simulate flow and heat transfer in a supercritical fluid flowing into a laterally opened 2D cavity, in order to study how the specific properties of the fluids near of the liquid-gas critical point can modify the observed phenomena for perfectgases. The configuration chosen for the numerical simulations corresponds to the case of a bottom-heated Haguen-Poiseuille flow (Poiseuille-Rayleigh-Benard problem) which has been widely studied in the literature for perfect gases. The results show the existence of thermoconvective instabilities in the form of thermal plumes extending over the entire height of the cavity in the case of a perfect fluid and over the hot boundary layer in the case of a supercritical gas. Our study also shows that these thermoconvective