Simulation Mathématique de la Circulation de I'Air dans une Enceinte avec Ouvertures et Sources Chaudes Localisées

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Abstract

La simulation mathématique de la circulation de I'air et du profil de température dans une enceinte rectangulaire avec plusieurs ouvertures et sources chaudes localisées a été réalisée sur ordinateurs. Une méthode numérique aux différenccs finies, combinée à un modéle simple de turbulence, a été utilisée pour réksoudre les équations différentielles de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de I'énergie. Les calculs ont été effectués un nombre de Prandtl de 0.7, un nombre d'Archiméde d'environ 34 et le nombre de Grashof a atteint des valeurs de I'ordre de 3 × 109. Une comparaison entre les résultats numériques et ceux observés dans une maquette permet de conclure que le modtèle mathématique reproduit assez fidètlement I'écoulement de I'air et le profil de température.

L'effet combiné de la convection naturelle au voisinage des sources chaudes et de la convection forcée engendre une circulation complexe dans I'enceinte. Ces conditions d'opération ont été choisies dans le but d'Ctudier les conditions de la circulation de I'air et de la température dans les salles de cuves d'électrolyse de I'aluminium.

Abstract

A mathematical simulation of the air circulation and the temperature inside a rectangular enclosure with multiple openings and with localised rectangular heat sources was made. Finite difference techniques and a simple turbulence model were used to solve the time-averaged partial differential equations for the conservation of mass, momentum and energy. The computations were carried out for a Prandtl number of 0.7, for an Archimedes number of about 34 and for Grashof numbers up to 3 × 109. Comparison of the numerical results to flow visualization and temperature studies in an experimental apparatus indicated good agreement.

The combined effect of natural convection from the heat sources and the forced convection through the enclosure creates a complex flow pattern inside the enclosure. These conditions were simulated in an attempt to study the air circulation pattern and the air temperature inside the building of an aluminum reduction plant.

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