Study of temperature fluctuations by large-eddy simulations
Étude des fluctuations de température par simulation des grandes échelles
Résumé
The aim of this work is to develop tools and models to study thermal large-eddy simulations of low Prandtl number fluid flows. The goal is to quantify temperature fluctuations near the walls in order to estimate the risk of thermal striping. For low Prandtl number fluid flows, thermal structures are much smaller than dynamic ones; this allows the use of a relatively coarse meshing grid associated to a wall law and a good sub-grid scale model for velocity. To start with, we validated our approach by studying periodic plane channel and analysed the impact of different thermal boundary conditions: isothermal, iso-flux and conjugate heat transfer. Moreover, the periodic channel study permitted the generation of a turbulent inlet for a mixing Tee junction. To keep a good compromise solution between accuracy and computational cost, we estimated the length of the three pipe sections of the mixing Tee. On several configurations of mixing Tees, points with maximal values of temperature fluctuations were localized, and later a spectral analysis was made.
La présente étude a pour objectif de développer des outils et des modèles pour la simulation des grandes échelles en thermique dans le cadre d’un écoulement turbulent à faible nombre de Prandtl. Ceci est réalisé afin de pouvoir estimer les fluctuations de température près des parois dans le but d’évaluer le risque de fatigue thermique. Pour les écoulements à faible nombre de Prandtl, les structures thermiques sont bien plus grosses que les structures dynamiques, ce qui permet d’utiliser un maillage relativement large associé à une loi de paroi et un bon modèle sous maille pour la vitesse. Dans un premier temps, nous avons validé notre approche dans le cadre du canal plan périodique, et étudié différentes conditions limites en température : isotherme, isoflux et avec résolution de la thermique dans le mur. En outre, l’étude du canal a permis la génération d’une entrée turbulente pour un Té de mélange. Nous avons estimé la longueur des trois branches du Té afin de conserver un bon compromis entre précision et coût de calcul. Sur plusieurs configurations de Tés de mélange, les points présentant des maxima de fluctuations de température ont été situés, et une analyse spectrale a été réalisée.