Etude des performances thermiques et dynamiques d’un écoulement de nano-fluides dans une conduite cylindrique

Dans ce travail, on étudie numériquement le comportement convectif d’un écoulement de nano-fluides dans une conduite cylindrique horizontale soumise à un flux thermique constant au niveau de sa paroi. On propose de comparer deux approches de l’écoulement, la première dite monophasique basée sur l’utilisation de propriétés effectives du nano-fluide, la seconde dite diphasique basée sur les deux modèles Mixture et Euler-Euler. Les équations de conservation sont résolues à l’aide du code Ansys-Fluent. Dans le modèle monophasique, la conductivité thermique et la viscosité dynamique effective des nano-fluides sont approchées respectivement par les modèles de Hamilton-crosser et de Drew-Passman. Les simulations numériques sont effectuées dans le cas de l’eau pure et des mélanges d’eau et de nanoparticules composées de métaux purs (Cu, Al) et d’oxydes de métaux ( CuO,  Al2O3).

Les influences de certains paramètres tels que la concentration de nanoparticules, le nombre de Reynolds et le nombre de Peclet sur l’amélioration du transfert de chaleur des nano-fluides ont été étudiées.

Les résultats des deux modèles diphasiques présentent un faible écart et leurs comparaisons avec le modèle monophasique montrent une différence significative en accord avec les travaux de la littérature.

Les résultats obtenus montrent que l’augmentation de la fraction volumique des nanoparticules favorise le transfert de chaleur, et que le modèle diphasique Euler-Euler donne de meilleurs résultats.

L’application des nano-fluides comme fluide caloporteur potentiel dans les systèmes de conversion d’énergie solaire est en cours d’étude et aura donc pour effet d’améliorer leur performance et leur rendement.