Résumé:
Le présent travail de thèse consiste en une caractérisation numérique de l’écoulement
dynamique et thermique, par convection naturelle, d’un nanofluide baignant dans une cavité
carrée différentiellement chauffées ainsi qu’une quantification des échanges convectifs qui s’y
opèrent. La simulation numérique est implémentée via le code CFD (Computational Fluid
Dynamics) Fluent fondé sur la méthode des volumes finis.
La première partie de ce travail est consacrée à l’étude de l’influence du facteur forme
et rapport d’aspect des nanoparticules (NPs) d’Al2O3 sur la structure générale de l’écoulement
avec une attention particulière au nombre de Nusselt. Les deux cas classiques de la convection
naturelle en régime laminaire et stationnaire sont considérés : la cavité aux parois verticales
différentiellement chauffées et le problème de Rayleigh-Bénard. Une étude paramétrique
exhaustive est conduite en considérant trois différentes formes de nanoparticules (NPs)
d’Al2O3 avec différents rapport d’aspect (sphérique ( , sphéroïdale allongée (
et aplatie ( ) dispersées dans de l’eau avec différentes fractions
volumiques, (0, 0.02, 0.05, 0.08 et 0.1) dont le nombre de Rayleigh, Ra, varie dans
l’intervalle [103 à 106]. Les résultats issus de la simulation sont analysés à travers les
isothermes, les lignes de courant, les profils de vitesse et de température et du nombre de
Nusselt moyen. Il a été révélé que le transfert de chaleur s’intensifie en augmentant le nombre
de Ra ainsi que la fraction en volume des nanoparticules. Le nanofluide basé sur la suspension
sphéroïdale aplatie semble être le nanofluide le plus performant, d’une part. D’autre part,
l’amélioration du transfert de chaleur, pour le cas des nanoparticules de forme sphéroïdale
allongée, est plus probante en augmentant le rapport d’aspect. Enfin, les résultats ont
également relevé que le taux d’amélioration du transfert thermique s’accroît en diminuant le
nombre de Rayleigh indépendamment de la cavité, de la forme et du rapport d’aspect des
nanoparticules.
La seconde partie est dévouée à la caractérisation de l’écoulement d’un nanofluide
hybride (Al2O3-Cu / Eau) confiné dans une cavité aux parois verticales différentiellement
chauffées. En somme, les résultats obtenus ont montré une meilleure performance thermique
offerte par ce nanofluide en comparaison avec le fluide de base et le nanofluide contenant
seulement les NPs d’Al2O3 ou de Cu. Cette amélioration du transfert de chaleur devient plus
probante avec l’augmentation de la teneur en volume (% en Vol.) des nanoparticules de Cu.
