Etude de la convection mixte dans une cavité remplie de nanofluides et chauffée par une source de chaleur centrale

Abstract

L’étude du transfert thermique dans le domaine de la miniaturisation des dispositifs et mécanismes industriels ainsi que l’économie, par tous les moyens, de l’énergie est devenu un nouveau challenge dans la recherche scientifique au cours de ces dernières années. L’utilisation des nanofluides pour accroitre de façon significative les transferts de chaleur en introduisant dans un fluide pur une faible concentration de nanoparticules est une technologie prometteuse pour relever ce défi. Dans ce travail, nous nous intéresserons particulièrement à l’étude numérique de la convection mixte dans une cavité carrée remplie de nanofluides et dotée d’une source de chaleur de forme carrée positionnée au centre de celle-ci. Toutes les parois de la cavité sont soumises à une température fixée et la paroi supérieure se déplace vers la droite à vitesse constante (lid-driven cavity). Cette configuration permet la modélisation du refroidissement d’un élément disposé dans ce milieu confiné. Le modèle mathématique régissant ce phénomène a été établi et les équations obtenues ont été discrétisées par la méthode des volumes finis. De nombreuses simulations numériques ont été réalisées pour l’investigation des effets du nombre de Richardson, de la taille de la source de chaleur, de la fraction volumique et du type de nanofluide sur les champs dynamique et thermique ainsi que du coefficient de transfert de chaleur de l’écoulement dans la configuration géométrique considérée. Les résultats confirment que l’ajout des nanoparticules à l’eau améliore d’une manière significative le transfert de chaleur de l’élément confiné dans la cavité. Les nanofluides argent-eau et cuivre-eau génèrent un meilleur transfert de chaleur en comparaison avec les autres nanofluides.Les résultats indiquent aussi que la valeur de la taille adimensionnelle optimale de l’élément chauffant est S=0.25 pour des nombres de Richardson caractéristiques d’un régime de convection naturelle dominante.