Analyse comparée de méthodologies de modélisation du couplage conduction-rayonnement au sein de matériaux poreux semi-transparents

Le GDR CNRS TAMARYS a pour objectif de rassembler les spécialistes de la science des matériaux et de la science des transferts thermiques pour résoudre les obstacles multi-échelles et multi-physiques rencontrés dans le développement de procédés et systèmes industriels dominés par les transferts radiatifs. Ce groupement de recherche est doté d’un Club des Partenaires Industriels pour lequel les travaux académiques autour du couplage conduction-rayonnement au sein de milieux semi-transparents hétérogènes représentent un des sujets d’intérêt communs définis pour pérenniser le développement de futurs systèmes innovants à haute température. Pour leurs dimensionnements ultérieurs, les partenaires industriels du GDR expriment souvent leur besoin de quantifier des propriétés apparentes, c’est-à-dire, rendant compte du transfert thermique couplé conduction-rayonnement (stationnaire ou instationnaire) même si ces grandeurs n’ont aucun caractère intrinsèque lorsque les calculs sont effectués sur un domaine qui n’est pas un VER (Volume Elémentaire Représentatif). Les demandes récurrentes ont trait aux notions de conductivité et de diffusivité apparentes. Par ailleurs, la communauté académique française est particulièrement active à l’échelon mondial dans ce domaine caractérisé par des modélisations, le plus souvent parallélisées, au sein des représentations digitalisées 3D des matériaux poreux d’intérêt. Afin de répondre au besoin exprimé par les industriels tout en ayant recours aux savoir-faire présents au sein des équipes de ce groupement de recherche académique, le GDR TAMARYS avec le soutien de son Club des Partenaires Industriels a initié un travail de recherche visant à conduire un exercice d’analyse comparée des différentes méthodes de résolution des transferts de chaleur par conduction et rayonnement au sein d’un matériau poreux semi-transparent. Cette dynamique de travail permet à plusieurs équipes académiques et industrielles du GDR de comparer leur méthodologie numérique avancée sur des images 3D communes. Plus particulièrement, la géométrie identifiée est celle de la gyroïde, géométrie de la famille des TPMS (Triply Periodic Minimal Surfaces), celle-ci est partagée par les différentes équipes souhaitant s’impliquer dans l’exercice. Un ensemble de jeux de paramètres à la fois géométriques, thermo-physiques et liés aux conditions limites sont considérés pour la résolution des transferts couplés au sein de l’architecture 3D. Afin de quantifier numériquement la conductivité ou diffusivité apparente, certaines techniques expérimentales classiques de mesure de ces propriétés vont être reproduites, qu’elles soient stationnaires ou instationnaires : méthodes de la plaque chaude gardée, du fil chaud ou du plan chaud ainsi que la méthode flash. Le travail de recherche présenté met en avant le travail collaboratif entre les cinq principales équipes impliquées dans cet exercice d’analyse, à savoir, les laboratoires LCTS (Pessac), LTeN (Nantes), IUSTI (Marseille), le CEA Le Ripault (Monts), l’Institut Pprime (Poitiers), ainsi que le groupe EDStar (partenaires académiques[1] en lien avec l’entreprise Méso-Star) à travers les résultats et avancées produits jusqu’à présent. [1] : LAPLACE (Toulouse), LMAP (Anglet), Institut Pascal (Clermont-Ferrand), RAPSODEE (Albi), LEMTA (Nancy).

Work In Progress