Characterization of turbulent natural and mixed convection in confined enclosures equipped with a heat source

• Published in: Instrumentation, Mesure, Metrologie Vol. 17; no. 1; p. 63
• Main Authors: Bouzid, Sihem, HARNANE, Yamina, BRIMA, ABDELHAFIDH
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Edmonton International Information and Engineering Technology Association (IIETA) 01.01.2018
• Subjects: Aerodynamics; Air jets; Cavity flow; Computational fluid dynamics; Configurations; Convection heating; Free convection; Turbulence models; Turbulent flow; Ventilation
• ISSN: 1631-4670; 2269-8485
• DOI: 10.3166/i2m.17.63-79

Dans cette étude numérique deux configurations sont considérées, la première configuration en convection naturelle correspond àune cavitéfermée munie d’un barreau chauffant et la deuxième configuration mixte correspond à la même cavitémais ventilée. L’écoulement est turbulent (GrH = 1,2.108), un choix du modèle est très important. Le modèle de turbulence choisi pour la convection naturelle est le modèle k-ε bas-Reynolds. Une comparaison des modèles de turbulence nous a menéàchoisir le modèle k-ε RNG pour l’étude de la convection mixte, parce que c’est le modèle appropriéaux écoulements dans les cavités ventilées ainsi qu’aux écoulements avec recirculation. L’effet de la ventilation sur l’écoulement naturelle a étéétudiéen analysant la structure dynamique et thermique de l’écoulement. Le nombre de Nusselt moyen sur chaque face du barreau est trouvée améliorer par l’injection du jet dans la cavitéventilée, d’environ 50% à60%. Cette comparaison nous révèle l’influence des différentes vitesses du jet d’air entrant sur la structure de l’écoulement de la cavité confinée, ou ce jet réussit à briser l’écoulement monocellulaire du cas de la convection naturelle en un écoulement multicellulaire pour l’autre cas de convection mixte àdes vitesses élevée au-dessus du barreau chauffant, dont il est le but principal de cette étude. In this numerical study two configurations are considered, the first configuration in natural convection corresponds to a closed cavity equipped with a heating bar and the second mixed configuration corresponds to the same cavity but ventilated. The flow is turbulent (GrH = 1,2.108), a choice of model is very important. The turbulence model chosen for natural convection is the low-Reynolds k-ε model. A comparison of the turbulence models led us to choose the RNG k-ε model for mixed convection study, because it is the suitable model for flows in ventilated cavities as well as flows with recirculation. Ventilation effect on natural flow has been studied by analyzing flow dynamic and thermal structure. Nusselt average number on each bar face is found to be improved by jet injection into the ventilated cavity, from about 50% to 60%. This comparison reveals the different velocities influence of the incoming air jet on the confined cavity flow structure, or this jet succeeds in breaking the single-cell flow of natural convection case into a multicellular flow for the other case of mixed convection at high velocities above the heating bar, of which it is the main purpose of this study.