Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Ce travail de recherche se situe dans le cadre de la modélisation de l'écoulement turbulent d'un jet de gaz plasma dans un four industriel. Le but principal est d'explorer et de comparer diverses approches pour le traitement de la turbulence dans un modèle d'écoulement basé sur les équations de Navier-Stokes compressibles. La comparaison est d'abord et avant tout qualitative et elle est réalisée via des expérimentations numériques.

La modélisation de cet écoulement complexe a pour but final de fournir aux ingénieurs un outil pour améliorer le procédé industriel. Dans ce contexte, il est important de pouvoir optimiser le transfert de chaleur, la génération de poussières, la vitesse de rotation du gaz, etc, en regard de paramètres physiques tels la position de la cheminée et la géométrique de l'enceinte.

La base du modèle est fournie par les équations de Navier-Stokes moyennes ou filtrées. Elles sont traitées par une approche éléments finis et résolus à l'aide d'un solveur pour les systèmes non-linéaires. La fermeture de ces équations est obtenue par deux approches pour la modélisation de la turbulence: soit l'approche écoulement moyen et l'approche simulation des grandes structures. Pour chacune d'elle, on met en ?uvre un modèle algébrique et un modèle à une équation différentielle pour l'énergie cinétique turbulente.

Le modèle algébrique s'est avéré relativement efficace. L'ajout d'une équation pour le transport de l'énergie cinétique turbulente a permis de capter l'aspect instationnaire des moments des champs instantanés. L'approche par simulation des grandes structures s'est montrée trop coûteuse pour cet écoulement. Outre la complexité de l'écoulement, la nature fortement instationnaire des simulations a posé des problèmes numériques majeurs.