Description du projet
Nouvelles stratégies de modélisation des flux turbulents
Afin d’être en mesure de prévoir les performances des échangeurs de chaleur produits selon la méthode de la fabrication additive, le projet STREAM, financé par l’UE, concevra de nouvelles stratégies de modélisation des écoulements turbulents. La fabrication additive (FA) influe sur la mécanique des fluides dans la mesure où elle introduit souvent une importante rugosité des parois, ce qui a un impact sur le transfert de chaleur et la perte de pression lors du passage dans le dispositif. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire d’élaborer des modèles de mécanique des fluides numériques (MFN) qui permettront de prédire les performances des échangeurs de chaleur. Les modèles RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) et LES (Large-Eddy Simulation) sont deux approches complémentaires de modélisation des turbulences qui pourraient s’avérer d’une aide précieuse, mais qui nécessitent d’être étendues et validées pour la rugosité des parois générée par la FA. STREAM élaborera une base de données LES à haute résolution destinée à résoudre le problème de la rugosité qui sera analysée afin d’en extraire des modèles statistiques de parois bien paramétrés avec des applications dans des conceptions d’échangeurs de chaleur sur mesure.
Objectif
Additive manufacturing (AM) process offers tremendous gains over conventional subtractive manufacturing in heat exchanger design, key issue of thermal engine efficiency. The STREAM project aims at designing novel modeling strategies for the performance prediction of additive-manufactured heat exchangers. The consortium consists in two laboratories CNRS-CORIA and CNRS-LEGI, which have a long experience in high-fidelity multi-physics turbulent flow modeling and TEMISTh, a SME which develops customized solutions for heat exchangers. From the fluid dynamics point of view, AM often introduces important wall roughness, which depends strongly on the manufacturing process itself, and which impacts heat transfer and pressure loss across the device. It is therefore mandatory to design Computational Fluid Dynamics (CFD) models with a sufficient level of accuracy to predict the performances of heat exchangers. RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) and LES (Large-Eddy Simulation) are two complementary turbulence modeling approaches that are good candidates for such challenge. In these approaches, wall modeling often relies on statistical analysis, leading to law-of-the-wall models that are widely used in the prediction of internal flows. However, these models need to be extended and validated for wall roughness generated by additive manufacturing. To this aim, STREAM proposes to build a large database of high-fidelity roughness-resolving Large-Eddy Simulations that will be analyzed to derive well-parametrized statistical wall models. An original wall model parametrization will be used that has already been successfully adapted to heat transfers on a turbine blade. The resulting statistical model, usable in both roughness-modeled RANS and LES approaches, will be extensively validated a priori by comparison with the high-fidelity database and a posteriori on classical heat exchanger applications: Fuel-Cooled Oil Cooler, Air-cooled Oil cooler, Surface Air-cooled Oil cooler.
Champ scientifique
Programme(s)
Régime de financement
RIA - Research and Innovation actionCoordinateur
75794 Paris
France