Irréversibilités et production d’entropie

Présentation au sujet: "Irréversibilités et production d’entropie"— Transcription de la présentation:

1 Irréversibilités et production d’entropie
dans un écoulement sous fortes contraintes Régis Olivès Université de Perpignan PROMES-CNRS

2 Irréversibilités et production d’entropie
dans un écoulement Exemples d’application : Optimisation d’un échangeur Transfert de chaleur h ~ vn Pertes de charge DP/L ~ vm  compromis Production d’entropie  Écriture regroupant les 2 types de dissipation

3 Conversion de l’énergie et irréversibilités
Efficacité de la conversion d’énergie Dégradation de l’énergie Irréversibilités Production d’entropie Calcul global Calcul local Répartition de la production d’entropie dans un écoulement avec transfert de chaleur

4 Les irréversibilités dans un écoulement
Dissipation visqueuse Équation locale en régime laminaire (en 2D) :

5 Cas d’un écoulement établi entre 2 plaques parallèles
Production d’entropie Sv v Sv ~ y2 Dissipation essentiellement à la paroi « Couche limite entropique » COMSOL

6 Production d’entropie liée à la dissipation visqueuse
dans un canal avec étranglement recirculation Sv max Re~250 Forte dégradation de l’énergie localisée au point le plus contraignant

7 Dissipation visqueuse dans un canal avec étranglement
Décollement de la couche limite entropique recirculation Re~250

8 Dissipation visqueuse
Re~500 Couches limites  « Traînées entropiques »

9 Dissipation visqueuse dans un canal en présence d’une ailette carrée
Influence de la géométrie sur la répartition de la production locale d’entropie e

10 Irréversibilités liées au transfert de chaleur
Équations locales Soit en 2D :

11 Irréversibilités dans un écoulement avec transfert de chaleur
Équation locale (en 2D) : Irréversibilités dues au transfert de chaleur Irréversibilités dues aux effets visqueux Nombre de Bejan : ( 0 ≤ Be ≤ 1) Be > 1/2 : irréversibilités dues au transfert de chaleur prépondérantes Be < 1/2 : irréversibilités dues aux effets visqueux prépondérantes

12 Production d’entropie avec un écart
de température important (DT > 100K) Prise en compte de la dépendance des propriétés thermophysiques avec la température r(T), l(T), m(T)

13 Production d’entropie totale dans un canal en présence d’une ailette
Re ~ 400 Tb=300 K Th=500 K

14 Influence de la géométrie
Le bord d’attaque arrondi Production d’entropie totale quasi identique 2 bords arrondis

15 Écoulement d’air Re ~ 400 Tb=300 K Th=500 K Champ de température
avec DT = 200 K Re ~ 400 Tb=300 K Th=500 K

16 Production d’entropie due au transfert de chaleur
Re ~ 400 Tb=300 K Th=500 K

17 Dissipation thermique versus dissipation visqueuse :
Nombre de Bejan Re ~ 400 Be = 0 Be = 1 Tb= 300 K Th= 500 K

18 Influence du nombre de Reynolds sur la dissipation thermique

19 Remarques Importance relative des dissipations thermiques et visqueuses Répartition spatiale de la production d’entropie : couche limite entropique (localisation à la paroi, décollement…) génération très localisée et de forte intensité génération induite (traînées) de plus faible intensité Localisation des zones fortement dissipatives Identification de l’influence de ces zones dans tout le reste de l’espace  … Aide à l’optimisation

20 Écoulement autour d’un cylindre chauffé
(DT = 50 K)

21 Production d’entropie liée à la dissipation thermique

22 Production d’entropie en convection turbulente
S = s + s’ Grandeurs moyennes u,v,w,T Grandeurs fluctuantes u’,v’,w’,T’ 4 termes : dissipation visqueuse directe turbulente dissipation thermique directe Comportement à la paroi !!!

23 Perspectives Optimisation des échangeurs
Transferts en conditions extrêmes (fort écart de température, écoulement turbulent…) Changement de régime, transition Évolution temporelle Émergence des structures dissipatives …