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BALIMA Olivier FONTFREYDE Thomas GEORGE Erwin MARINHAS Sandrine REZGUI Azdine P

BALIMA Olivier FONTFREYDE Thomas GEORGE Erwin MARINHAS Sandrine REZGUI Azdine PROJET METHODE NUMERIQUE SUJET : ETUDE DE LA CONVECTION NATURELLE DANS UNE CAVITE CARREE EN 2D ET 3D SOUS FLUENT ET GAMBIT P PR RO OJ JE ET T M ME ET TH HO OD DE E N NU UM ME ER RI IQ QU UE E Encadré par Monsieur SADAT H. SOMMAIRE SOMMAIRE 2 INTRODUCTION 3 A. NOTICE D’UTILISATION DE GAMBIT ET DE FLUENT 4 I. Notice d’utilisation de Gambit 4 II. Notice d’utilisation de Fluent 16 B. APPLICATION AU CAS DE LA CONVECTION NATURELLE EN CAVITE FERMEE 19 I. Positionnement du problème 19 II. Maillages et convergence spatiale 20 III. Comparaison des résultats avec les benchmarks pour les calculs 2D 21 1. Comparaison pour les lignes de courant 21 2. Comparaison pour les champs de température 23 3. Comparaison des nombres de Nusselt 24 IV. Comparaison des résultats avec les benchmarks pour les calculs 3D 25 1. Comparaison des vecteurs vitesse 25 2. Profil de température 27 3. Conclusions 28 CONCLUSION 29 BIBLIOGRAPHIE 29 2 INTRODUCTION L’utilisation de logiciels pour la résolution de problèmes physiques est de nos jours très fréquent. En effet, dans la plus part des ces problèmes, surtout la résolution de phénomènes (transfert de chaleur, rayonnement, changement de phase…) couplés à la mécanique des fluides n’est possible que sous certaines hypothèses simplificatrices qui ne permettent pas de faire une étude plus réelle des phénomènes physiques observés expérimentalement. L’objectif de ce projet est de faire une étude de la convection naturelle dans une cavité carrée et cubique avec FLUENT ; puis faire une investigation pour observer les limites du logiciel. Afin de faciliter les prochaines études avec le logiciel FLUENT par les futurs élèves de l’ESIP dans le cadres des projet numériques avec FLUENT, nous avons fait une notice d’utilisation de GAMBIT et de FLUENT à la demande de notre professeur Mr Hamou Sadat. 3 A. NOTICE D’UTILISATION DE GAMBIT ET DE FLUENT I. Notice d’utilisation de Gambit Ce logiciel est utilisé pour définir et créer le modèle d’étude (surface ou volume) et de le mailler suivant le bon vouloir de l’utilisateur. Les différentes étapes d‘utilisation de GAMBIT sont définies dans la notice suivante. I. Vue globale Après avoir lancé le logiciel, l’interface d’utilisation apparaît. Menu d’affichage Menu secondaire Menu général Figure 1 : Vue globale de Gambit Astuce : La première chose à faire quand on entre sur Gambit est de nommer le système qu’on va construire de telle manière de ne pas le perdre bêtement. L’utilisation de Gambit est simple : principalement il faut prendre les menus en haut à droite et effectuer les tâches en partant du menu de gauche pour aller jusqu’à celui de droite (où normalement vous devriez avoir fini votre maillage). Si on désire ouvrir un projet déjà existant, utiliser le menu file, open ou import dans le cas d’un maillage. Il se peut que cette combinaison ne marche pas alors il faudra lire le journal (run journal) ce qui refera pas à pas tout ce qui était fait dans la géométrie sauvegardée. 4 Figure 2 Important : Avant même de créer la géométrie il faut choisir le type de solver ; c'est-à- dire le type de logiciel (ici fluent) qu’on va utiliser par la suite (choisir la bonne version du logiciel). Les versions de fluent disponibles à l’ESIP Figure 3 Vient maintenant le moment de créer a géométrie à étudier Deux possibilités se présentent : 9 Créer point par point (extrémités) le système, ligne, face, volume (conseillé pour des géométries complexes) 9 Créer des surfaces simples existantes (cube, cylindre, sphère…) puis extruder pour obtenir les volumes ou les surfaces voulus. 5 Touches clés : ¾ Dans gambit des champs restent en jaune, pour les compléter directement, on clique gauche en sélectionnant la partie de la géométrie que l’on souhaite faire correspondre à la valeur du champ jaune et ce en appuyant simultanément sur Shift. ¾ Sur la fenêtre d’affichage général, un clic gauche correspond à une rotation autour d’un point (que l’on peut définir). Avec la molette appuyée (ou bouton du milieu), un zoom est possible en avançant ou reculant la souris. Le clic droit permet une translation de la géométrie dans le plan d’affichage. ¾ Il existe une boite de dialogue en dessous de la fenêtre d’affichage qui revoit toutes les opérations effectuées ainsi que les messages d’erreurs. 2. Détail des menus 9 Menu création des éléments de la géométrie : Création de volume Création de points (vertex) Manipulation des objets (groupement) Création de Face Création de ligne (line) Effacement des points Recollement de points Choix d’entrée des points ( x,y,z ; intersection droites…) Exemple création de points Figure 4 : Menu Création des différents éléments de la géométrie 6 9 Menu ligne : Création de lignes (diverses formes) Permet de recoller deux lignes Création d’une ligne droite à sélectionner sur la géométrie (clic gauche et shift) Figure 5 : Menu Ligne Ce menu nous permet de choisir le type de courbe désirée pour relier des points deux à deux suivant ce que l’on recherche. Différents types de courbes sont possibles, ainsi, on peut aussi créer cette ligne par révolution, par symétrie… Chaque ligne possède ensuite un nom précis, ce qui permet de la retrouver si la géométrie n’est pas très claire. Ceci est aussi valable pour les points et pour les volumes. 7 9 Menu face : On peut créer les faces soit à partir de points existants, avec toutes les géométries possibles (cf. menu déroulant ci contre), soit par face directement comme nous l’avons déjà expliqué Menu de création directe de faces. Permet de créer des opérations sur les intersections de faces : Soustrations, intersections… Création de surfaces à partir de lignes existantes. Différents types de faces disponibles Figure 6 : Menu Face 8 9 Menu volume : Figure 7 : Menu Volume Pas de nouveautés, on retrouve les mêmes options que dans les menus précédents, appliquées aux volumes. On peut créer des volumes par translation de faces ou par rotation. On peut de même regrouper des faces pour en faire un volume (premier menu déroulant). Ce dernier cas est obligatoire si on une géométrie non construite avec des volumes existants. A noter aussi la possibilité de faire des intersections de volumes (ce qui donne des nouvelles faces) ou des extrusions entre les volumes grâce à l’option en dessous du mot volume. Il est indispensable de créer des volumes sous Gambit même si toutes les faces existent car, pour mailler un espace en 3D, le logiciel requière un volume global pour mailler l’intérieure. 9 9 Menu maillage Menus maillage d’une face et d’un volume Création d’un maillage spécifique à la couche limite sur une ligne ou une face Menu maillage d’une ligne Création et modification d’un maillage Taille de la premiere cellule Facteur d’expansion du maillage Nombre de lignes du maillage spécifique Type du maillage (4 types de maillages spécifiques sont disponibles) Figure 8 : Menu Maillage spécifique pour la couche limite 10 Ce menu permet de mailler en particulier une ligne de la géométrie, à savoir disposer les nœuds avec des conditions particulière (utilisation d’un ratio pour modifier la pondération du maillage, application de formes différentes de maillage) Maillage d’une ligne Application d’un double ratio qui augmente la densité de points soit sur les côtés soit au centre des lignes Utilisation d’un ratio pour le maillage Choix de l’option du maillage : nombre de nœuds ou de la taille d’intervalle entre les deux Figure 9 : Menu maillage d'une ligne Il n’est pas nécessaire de mailler les arêtes avant de mailler le volume si on ne désire pas utiliser une pondération des nœuds sur les lignes. En effet, Gambit peut mailler un volume ou une face (en structurer ou en non structurer) avec un pas d’espace fixe pour l’ensemble de la géométrie. 11 9 Maillage d’une face et d’un volume Lissage des maillages déformés Maillage de la zone souhaitée (face ou volume) Choix du type de maillage :quad et hex sont structurés (rectangles), tetra correspond au non structuré (triangles) Si option cochée, création d’un maillage régulier selon les paramètres dessous ; Sinon création d’un maillage à partir des nœuds définis sur les arêtes Figure 10 : Maillage d'une face et d’'un volume Ces deux menus sont fondamentaux pour la création d’un maillage dans un domaine. On peut encore une fois fonctionner de deux façons : soit avoir un volume et le mailler régulièrement sans avoir mailler les arêtes (plus rapide mais impossible à maîtriser), soit utiliser le maillage défini sur les lignes pour mailler le volume (dans ce cas, bien vérifier que apply ne soit pas cocher dans spacing. Il est possible que dans certaines géométries complexes Gambit refuse de mailler un domaine en structuré. Dans ce cas, deux solutions sont possibles : soit de mailler en non structuré, soit de définir des « sous-domaines » dans lesquelles la géométrie est assez cartésienne pour permettre un maillage structuré. 12 9 Conditions aux limites Ce menu uploads/Geographie/0-b196637-d-01.pdf