Variation du nombre du Nusselt en fonction de la sphéricité

[aichaphys]

Bonjour tout le monde,
Je suis en train de lire un article qui s'intitule: "Performance of a packed bed solar energy storage system having
large sized elements with low void fraction". Le système étudié est un lit de particule (milieu poreux) ventillé par l'air utilisé pour le stockage thermique de l'énergie solaire. Cinq formes de particules de différentes sphéricité ont été étudiées:
1-particules sphériques de sphéricité=1;
2- particules de forme cubique de sphéricité=0.80;
3- particules de 3 différentes formes rectangulaires de sphéricité réspectivement 0.75, 0.71 et 0.65.
Les auteurs ont étudié l'effet de la sphéricité des particules sur le nombre du Nusselt (Nu) pour une fraction de vide égale à 0.275. La représentation géométrique de Nu en fonction de sphéricité a une forme parabolique. Ils ont trouvé que Nu diminu lorsque la sphéricité augmente de 0.65 jusqu'à 0.80; Ensuite il augmente et il atteint sa valeur maximale pour le cas d'une sphère (sphéricité=1). Ce que j'avais de mal à comprendre c'est cet interprétation de résultat: The greater flatness of the surfaces in the direction transverse to the flow direction causes high turbulence of the fluid flow. Hence the value of Nusselt number increase. It can be considered that as sphericity value increases from 0.65 to 0.80, the flatness of the surface decrease, the turbulence in the flow decreases and hence a decrease in Nusselt number has been obtained.
S'il vous plais aidez à comprendre physiquement ce résultat.
Merci beaucoup
Très cordialement
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[Boumako]

Bonjour

Pour commencer il aurait été bien de traduire pour les non anglophones.
Sinon je ne vois pas très bien le sens de ta question : En faisant varier la sphéricité on obtient un minimum pour le Nusselt autour d'une valeur de 0.8, il n'y a rien d'autre à comprendre.

[aichaphys]

Bonjour Boumako,
Je m'excuse pour l'anglais. Voila l'interprétation en français des résultats de cette étude: "La grande planéité des surfaces dans la direction transversale à la direction d'écoulement entraîne une forte turbulence de l'écoulement de fluide. Ainsi; la valeur du nombre de Nusselt augmente. On peut considérer que lorsque la valeur de la sphéricité augmente de 0.65 à 0.80, la planéité de la surface diminue, la turbulence diminue et par conséquent une diminution du nombre de Nusselt a été noté".
Veuillez trouver ci-joint la représentation de la variation du nombre de Nusselt en fonction de la sphéricité pour une porosité constante égale 0.275
J'ai vraiment de mal à comprendre ces résultats: Les auteurs disent que lorsque sphéricité augmente de 0.65 à 0.80 (cas des particules rectangulaires et cubiques), la planéité de la surface diminue, la turbulence diminue donc le nombre du Nusselt diminue aussi. En suivant ce logique, lorsque la sphéricité=1 (cas des particules sphériques), la planéité donc est plus faible que celle des autres formes, la turbulence devient aussi plus faible donc le nombre du Nusselt plus petit. Cependant, pour le cas des particules sphériques, le nombre du Nusselt est maximale.
J'arrive pas à comprendre la relation entre la sphéricité, la planéité et la turbulence.
S'ils vous plait aidez moi

[Boumako]

Bonjour

Je pense que l'effet est de type aérodynamique : En fin de courbe les turbulences sont plus faibles, mais l’écoulement des veines du fluide englobent les billes, il y a moins de zones stagnantes, donc amélioration de l'échange global car on augmente la surface d'échange effective.
Il est possible que l'amélioration de l'échange soit également causé par une perte de charge plus faible à travers le packing, ce qui provoquerait alors une vitesse plus importante si le flux d'air est fixé par une pression en entrée au lieu d'un débit constant.

[A voir en vidéo sur Futura]

[aichaphys]

Merci beaucoup Boumako,

Je voudrais juste comprendre une idée; vous avez dit que "En fin de courbe les turbulences sont plus faibles", mais puisque le nombre de Nusselt est maximal à la fin de la courbe, les turbulence aussi sont plus importantes. est ce correct?

[Boumako]

Ma réponse n'était peut être pas assez détaillée. Je voulais dire qu'il est possible que le flux d'air autour des billes ne génère pas de vortex, donc l'air ne stagne pas derrière l'obstacle comme ce que l'on peut voir sur les cas 2 ou 5 sur cette image : https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/ai...es/flowcyl.jpg
A contrario autour d'un obstacle présentant des arêtes on peut se retrouver dans un cas comme celui ci : http://www.cerc.co.uk/environmental-...treamlines.gif
L'air directement présent derrière l'obstacle est peu renouvelé, donc l'échange est diminué.