Lorsque la flottabilité a une influence sur la dynamique, il est très important de représenter de manière très réaliste non seulement la turbulence et son anisotropie, mais aussi les flux thermiques turbulents. Cette problématique est très importante pour de nombreuses applications industrielles.
Les modèles utilisés dans les codes de calculs industriels sont basés sur des hypothèses qui sont beaucoup trop restrictives. Dans le cadre de la modélisation au second ordre par pondération elliptique, qui représente fidèlement l’anisotropie de la turbulence dynamique, il est tout à fait possible de résoudre des équations de transport pour les flux thermiques turbulents en imposant, par pondération elliptique, un comportement asymptotique correct de ces flux en proche paroi (EB-DFM, Elliptic-Blending Differential Flux Model).
Depuis 2005, grâce à deux thèses CIFRE successives (Lecocq, 2008 ; Dehoux, 2012), nous avons travaillé en collaboration avec EDF sur l’amélioration de cette approche, que ce soit en la simplifiant en passant à une version algébrique (Dehoux et al.) ou en améliorant la prédiction des cas de convection naturelle par la prise en compte d’échelles de temps mixtes dans l’équation de la dissipation turbulente (Dehoux et al., 2017). Nous avons également développé une approche simplifiée pour les modèles à viscosité turbulente avec le groupe PSA (désormais Stellantis).
Modélisation algébrique des flux thermiques turbulents
Profils du flux thermique turbulent vertical en canal vertical différentiellement chauffé. Modèle EB-RSM associé à différents modèles algébriques pour le flux thermique turbulent. D’après Dehoux et al. (2012).
Modélisation au second ordre des flux thermiques turbulents
Écoulement dans une cavité différentiellement chauffée de rapport d’aspect 4:1. Profils de température moyenne et de variance de température à différentes hauteurs. Comparaison des résultats obtenus par différents modèles pour les tensions de Reynolds et les flux thermiques turbulents. D’après Dehoux et al. (2017).
Extension des modèles à viscosité turbulente aux effets de flottabilité
Profils de vitesse moyenne en canal vertical différentiellement chauffé. Effet de l’introduction d’un terme de flottabilité dans la relation de Boussinesq. D’après Jameel el al.(2019).
