1.2.2 Refroidissement par convection forcée
Une étude numérique de la convection
forcée au sein d'un canal horizontal muni de trois blocs rectangulaires
disposés sur sa paroi inférieure a été conduite par
Davalath et Byazitoglu [6]. Les blocs chauffants sont identiques et
génèrent la chaleur de manière uniforme. Les auteurs ont
examiné les cas où les parois du canal sont adiabatiques ou
thermiquement conductrices. Cette étude a porté sur l'effet des
nombres de Reynolds et de Prandtl, des paramètres
géométriques (dimensions et espacement des blocs) et des
conductivités thermiques des parois du canal et des blocs. Ils ont
montré que la présence des blocs favorise la création des
zones de recirculation (entre les blocs) engendrant aussi une modification
considérable du profil de la vitesse imposée à
l'entrée. Ces tourbillons et
d'autres apparaissant en aval du dernier bloc, augmentent en
taille respectivement avec la distance entre les blocs et le nombre de
Reynolds. Aussi, l'augmentation du nombre de Reynolds et la diminution du
nombre de Prandtl agissent-ils en réduisant la température
maximale obtenue au voisinage du dernier bloc. Le nombre de Nusselt moyen
relatif à chaque bloc a été corrélé en
fonction des nombres de Reynolds et de Prandtl. De plus, il a été
établi que le nombre de Nusselt est quasiment indépendant de la
conductivité thermique des parois du canal, alors que la chaleur totale
transférée au fluide au dessus de la paroi active croît
avec ce paramètre.
Webb et Ramadhyani [7] ont étudié la convection
forcée dans un canal contenant des obstacles périodiquement
répartis sur ses deux parois et soumis à des flux de chaleur
constants. L'effet des nombres de Reynolds et de Prandtl et des
paramètres géométriques sur le transfert de chaleur a
été examiné. En profitant de la périodicité
des conditions aux limites de ce problème, ces auteurs ont
effectué les calculs numériques sur un domaine réduit et
ils ont montré qu'il est possible d'optimiser le transfert de chaleur et
la perte de charge en faisant un choix approprié des paramètres
géométrique du système.
Une étude numérique sur la convection
forcée en régime permanent dans un canal a été
menée par Wu et Perng [8]. Dans cette étude les auteurs ont
présenté une analyse des caractéristiques de
l'écoulement dans un canal vertical muni de blocs chauffants.
Young et Vafai [9] ont mené une étude
numérique paramétrique détaillée de la convection
forcée laminaire dans un canal horizontal muni d'un ensemble d'obstacles
chauffés. Dans le même sens, Tsay et Cheng [10] ont
présenté une étude numérique sur les
caractéristiques thermiques de l'écoulement de la convection
forcée laminaire dans un canal contenant plusieurs panneaux courts
montés avec des blocs générateurs de chaleur.
Najam et al. [11] ont traité le problème de la
convection mixte, en régime transitoire, dans un canal horizontal
chauffé périodiquement par des blocs chauffants isothermes.
Les
parois du canal sont adiabatiques. L'effet de
l'écoulement forcé sur les cellules issues de la convection
naturelle est étudié. Les conditions de déplacement de ces
cellules et l'instabilité de l'écoulement sont
analysées.
L'utilisation des logiciels commerciaux de calcul devient
très répandue. Lee et AbdelMoneim [12] ont utilisé un
modèle CFD pour étudier le transfert de chaleur et le
comportement de l'écoulement sur une surface horizontale à deux
nervures. Luo et al.[13] ont étudié le comportement thermique
d'un canal triangulaire équilatéral, à surface interne
nervurée. En adoptant un certain nombre d'hypothèses
simplificatrices, le problème 3D a été résolu par
deux approches 2D. Mathews et Balaji [14] ont utilisé un logiciel CFD
pour simuler la convection mixte conjuguée dans un canal vertical et ont
trouvé que la température maximale des composants
électroniques peut être réduite d'une façon
significative par l'augmentation de la conductivité thermique effective
des composants électroniques.
Perret et al.[15] ont proposé une méthodologie
de dimensionnement d'un refroidisseur à micro- canaux en cuivre, par
convection forcée d'eau en mode monophasique. Après une
étude par éléments finis de la structure proposée,
un modèle analytique est présenté. Celui-ci est
validé grâce à des mesures faites sur deux prototypes. Le
dimensionnement optimal de la structure est obtenu par le logiciel PASCOSMA,
basé sur l'utilisation extensive du calcul symbolique et la
programmation automatique et qui réalise la conception de dispositifs,
à partir de modèles analytiques, par une optimisation sous
contraintes.
Harnane et al.[16] ont abordé numériquement le
refroidissement par convection mixte turbulente de l'air des blocs
chauffés dans un canal vertical Les parois du canal sont adiabatiques.
L'approche numérique est basée sur la technique des volumes
finis. Le code FLUENT est appliqué pour intégrer ces
équations sur chaque volume de contrôle. Une description
détaillée de l'écoulement autour des blocs a
été présentée et la distribution du nombre de
Nusselt local est analysée.
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