Convection mixte laminaire pour un fluide non-newtonien thermo dépendant dans une conduite annulaire horizontale excentrique

Abstract

Une étude numérique de la convection mixte, pour un fluide non newtonien dans une conduite annulaire horizontale excentrique a été menée. Le comportement rhéologique du fluide est supposé être décrit par le modèle d’Ostwald. L’écoulement est supposé laminaire et l’hypothèse de Boussinesq est prise en considération. Les cylindres intérieur et extérieur sont soumis à des densités de flux de chaleur constantes. Le régime dynamique est supposé développer à l’entrée de la conduite, avec un profil de température uniforme. Les équations de conservation gouvernant le problème sont résolues numériquement en utilisant une méthode aux différences finies à schéma implicite. La variation des propriétés rhéologiques avec la température est prise en considération. L’accroissement de l’excentricité influe considérablement sur l’écoulement principal, où une accélération de ce dernier est observée dans la partie large, et une décélération dans la partie étroite qui peut aller jusqu’au blocage de l’écoulement pour des excentricités supérieures à 60%. Le rapprochement des deux cylindres dans la partie étroite crée une stratification du champ thermique entre les parties étroite et large, et la couche limite thermique se développe plus rapidement dans la première par rapport à la deuxième. La décroissance de la consistance du fluide au voisinage des parois chauffées, induit un mouvement radial des particules froides de la zone centrale vers les parois chaudes. Cet écoulement secondaire induit une décélération de l’écoulement principal dans la zone centrale et une accélération au voisinage des parois. Mais pour des excentricités importantes, une accélération dans toute la partie étroite est observée suite à la diminution de la viscosité dans toute cette partie. A partir de la section d’entrée se développe un écoulement azimutal, suite à la diminution de la densité avec la température. Cet écoulement secondaire engendre une stratification du champ thermique dans une section droite de la conduite. L’accroissement de l’excentricité vers le bas intensifie l’écoulement azimutal, alors que le décalage vers le haut l’affaibli. La stratification du champ thermique entre le haut et le bas de la conduite annulaire est plus accentuée pour le cas du décalage vers le haut par rapport au cas concentrique; pour le cas du décalage vers le bas elle agrandit pour des faibles excentricités (<≈ 0.2) et affaiblit pour les excentricités supérieures.