Modélisation écoulement CFD et thermique
EnergiesRéduire la consommation d’énergie d’un équipement est un objectif commun à toutes les industries. La modélisation d’un écoulement CFD et thermique aide à mieux les concevoir et à remplir cet objectif.
Objectifs de la modélisation écoulement CFD et thermique
La machine d’essai en fatigue thermique du fabricant Défi Systèmes permet de tester des échantillons métalliques. Soumis à des cycles de montée et descente en température, leur température maximum peut atteindre 600°C.
L’essai, qui peut durer une semaine, est en permanence analysé par plusieurs appareils de mesure. Des caméras, pyromètres et thermocouples, installés sur la partie supérieure de l’enceinte et ne supportant pas la chaleur.
Solution envisagée et modélisée
On modélise donc l’effet d’un écoulement d’Hélium injecté dans le but de contrôler la température. La simulation CFD de cet écoulement tient compte, en différentes zones de l’enceinte :
- Des équations de Navier-Stokes en régime laminaire pour simuler le mouvement de l’écoulement d’Hélium.
- Des équations de conduction, convection et rayonnement thermique pour calculer la distribution de température. Ce calcul s’effectue à la fois dans les composants solides de la machine et dans l’écoulement d’Hélium.
Résultat de la modélisation et informations obtenues
La simulation numérique CFD et thermique a permis de choisir un débit d’hélium et un design remplissant un triple objectif :
- refroidir efficacement les parois de l’enceinte (par un écoulement d’Hélium) pour préserver l’intégrité des appareils de mesure ;
- sans refroidir le centre de l’enceinte où se trouve l’échantillon, lui-même chauffé dans le cadre de l’essai ;
- et ainsi réduire la consommation énergétique.
Valeur ajoutée du modèle d’écoulement CFD et thermique
La simulation a aussi permis de comprendre qu’un débit de fonctionnement beaucoup moins élevé qu’envisagé initialement permettrait un refroidissement plus efficace. Ainsi, les turbulences près de l’éprouvette pouvaient être fortement réduites pour garder cette zone chaude au centre de l’enceinte.
De plus, des économies ont été réalisées sur le coût en matériau isolant qui aurait éventuellement dû être posé sur les parois si l’écoulement n’avait pas été maitrisé.
Enfin, le modèle a indéniablement réduit le temps de développement de la machine d’essai.
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