Search

Les échangeurs d’air résidentiels utilisés dans des conditions hivernales en Amérique du Nord sont suffisamment efficaces pour causer la formation de givre dans l'appareil à partir de la vapeur d'eau contenue dans l'air vicié de la maison. Ce phénomène se produit plus précisément lorsque l'air chaud et humide de la maison traverse l'échangeur de chaleur dont les plaques sont froides à certains endroits dû au passage de l'air frais extérieur dans l'appareil. Pour éviter d’endommager l’échangeur de chaleur, des cycles de dégivrage sont utilisés, mais ceux-ci sont pénalisants au niveau de l’efficacité énergétique globale de l’appareil de ventilation. Certains cycles réduisent l’apport d’air frais aux occupants, ce qui nuit à la qualité de l’air intérieur. Dans le but d’améliorer la géométrie de l’appareil pour maximiser la récupération de chaleur tout en minimisant la formation de glace, un modèle numérique 1D de formation de givre par croissance et densification a été validé à l'aide de données expérimentales disponibles dans la littérature. Ce modèle permet d'étudier la variation de l'épaisseur du givre dans le temps. Une fois cette validation complétée, celui-ci a été étendu à une géométrie 2D d'échangeur de chaleur à contre-courant à plaques parallèles. Ce modèle numérique 2D permet de comprendre l'impact de l'espacement des plaques parallèles sur la croissance du givre dans le temps en fonction de la position axiale, le blocage de l'échangeur, la réduction du débit d'air vicié et la dégradation de l'efficacité de récupération de chaleur. Les résultats de ces simulations numériques révèlent qu'un échangeur de chaleur dont l'espacement entre les plaques est de 2.5 mm voit son débit d'air vicié réduit de plus de 33% après 25 minutes de fonctionnement avec une température extérieure de -20°C. En comparaison, un échangeur de mêmes dimensions, mais dont l'espacement est de 4 mm voit son débit réduit de moins de 5% durant la même période d'opération et dans les mêmes con

L'étude des tourbillons de bout d'aile est d'une importance majeure comme elle concerne plusieurs secteurs industriels. La génération d'un tourbillon au bout d'aile d'un avion est une conséquence directe de la portance, la présence de cette structure d'écoulement dans les environs d'un aéroport perturbe le traffic aérien comme elle peut interagir avec d'autres avions en vol, ce qui comprometterait la sécurité aérienne. Plusieurs études ont été élaborées sur un plan scientifique afin d'apporter des connaissances approfondies sur la dynamique des tourbillons de bout d'aile. Des investigations numériques et expérimentales ont permis de comprendre la formation et l'évolution d'un tourbillon en aval du bord de fuite d'une aile. Cependant, les connaissances sur ces structures tridimensionnelles restent limitées, surtout concernant l'aspect de leur évolution spatio-temporel. En effet, plusieurs études scientifiques se sont concentrés sur des conditions d'écoulement spécifiques et ayant utilisé des techniques de mesures ponctuelles, comme le fil chaud. Il a été démontré que le tourbillon peut dissiper s'il est immergé dans un écoulement turbulent, sa vitesse circomférentielle décroit et son rayon augmente en aval de l'aile. Dans la présente étude, la vélocimetrie par imagerie de particules stéréoscopique a été utilisée pour comprendre la formation et l'évolution d'un tourbillon de bout d'aile NACA 0012 dans un écoulement de grille. La surface portante est disposée à un angle d'attaque de 5.6° ou l'écoulement est supposé rester attaché, et soumise à un écoulement avec deux nombres de Reynolds, 2 x 10^5 et 3 x 10^5, ainsi que trois régimes de turbulence de l'écoulement libre (FST), à savoir 0.5% (soufflerie sans grille), 3% (position GP1) et 6% (position GP2). Des mesures sur le champ de vitesse du sillage sont effectuées en quatre positions en aval de l'aile, à savoir x/c=1.25, 3.25, 6.25 et 7.75 pour les deux nombres de Reynolds et les trois niveaux de turbulence utilisés.

L'étude des tourbillons de bout d'aile est d'une grande importance scientifique en raison des problèmes pratiques tels que les distances de séparation des aéronefs, les interactions pale/tourbillon dans les hélicoptères, les cavitations des hélices des navires, etc. Récemment, des études extensives ont été conduites pour améliorer la compréhension de la structure du tourbillon, de sa dissipation et de sa persistance par des méthodes analytiques, numériques et expérimentales. Ces études ont principalement porté sur les écoulements à nombres de Reynolds (Re) élevés. Cependant, avec l'émergence de nouveaux drones, les tourbillons de bout d'aile ont des effets extrêmement néfastes sur les performances aérodynamiques des drones pour différentes configurations de vol. Il a également été montré dans la littérature que la dissipation d'un tourbillon de bout d'aile peut être modifiée et accélérée au moyen de jets synthétiques (JS). En effet, les JS exercent un certain contrôle sur un écoulement ce qui modifie spatialement et temporellement son développement. Dans ce travail, plusieurs techniques expérimentales ont été utilisées pour étudier les effets du contrôle actif par jets synthétiques sur le développement, la diffusion et l'errance du tourbillon, y compris l'anémométrie à fils chauds et la vélocimétrie par imagerie de particules stéréoscopique (SPIV). Deux ailes rectangulaires avec un profil NACA 0012 ont été fabriquées pour cette étude et ont été testées pour deux nombres de Reynolds. Dans la première configuration expérimentale, des mesures de pression sur l'intrados de l'aile ont montré que la sélection des fréquences d'actionnement dans la gamme de fréquences des instabilités de courtes et de longues durées diminuait les coefficients de pression pour les cas activés. Des mesures complètes par fils chauds ont ensuite été effectuées dans la région de quasi-sillage pour documenter l'effet de l'actionnement du jet synthétique sur la structure d'un tourbillon de bout d', Wing tip vortex flow is of a great scientific importance because of its effect on practical problems such as landing separation distances for aircrafts, blade/vortex interactions in helicopters, propeller cavitations on ships, etc. Recently, extensive investigations have been conducted to improve the understanding of the tip vortex structure, dissipation and persistence analytically, numerically, and experimentally. Studies on the structure of the wing tip vortex have mainly focused on high Reynolds number flows. However, with the emergence of new unmanned aerial vehicles (UAVs), wing tip vortices have shown to have tremendous detrimental effects on the aerodynamic performance of drones for different flight configurations. It has also been shown in the literature that the dissipation of a wing tip vortex can be altered and accelerated by means of fluidic control schemes. Ex-hibiting zero net-mass-flux at its exit, synthetic jets (SJ) were shown to exert a certain authority on the structure of the flow which spatially and temporally alters its develop-ment. This research used several experimental techniques to study the effects of active control on the development, diffusion and meandering of wing-tip vortices, including hot-wire anemometry and Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV). Two rectangular wings with a NACA 0012 profile were fabricated for the use in this research and were tested at two chord based Re,„ numbers, namely 8 x 104 and 2 x 105. In the first experimental setup, spanwise pressure measurements on the suction side of the wing showed that the selection of actuation frequencies in the range of frequencies of the long- and short-wave instabilities resulted in decreased pressure coefficients for the actuated cases compared to the natural vortex. Comprehensive hot-wire measurements were then conducted in the near-wake region to document the effect of SJ actuation on the structure of the vortex. The results suggested that the low frequency con

La piscine fait partie des établissements publics les plus fréquentés dans notre société. En effet, il ne s’agit pas uniquement d’un lieu de pratique d'activités physiques, mais également un espace de détente, de jeu, d’éducation et de lien familial. Il est de toute évidence essentiel, de fournir un environnement intérieur confortable et sain pour ses occupants. Cependant, en raison de sa dimension, son besoin excessif en énergie et la complexité des phénomènes physiques évoluant à l’intérieur, il est difficile de parvenir à un équilibre optimum entre : qualité de l’air intérieur, confort thermique des occupants et efficacité énergique du bâtiment. Il faut pour cela, parvenir à une description des mécanismes qui façonnent la structure de l’écoulement de l’air par une analyse profonde de ces phénomènes qui sont à l'origine des transferts de chaleur et de masse mis en jeu à l’intérieur. Ainsi, l’objectif visé de cette thèse est de présenter une étude numérique thermo aéraulique, par CFD en régime stationnaire et transitoire, qui permet d’évaluer le comportement dynamique, thermique et thermodynamique des différents phénomènes physiques qui évoluent à l’intérieur de la piscine intérieure semi-olympique de l’université Bishop’s (Sherbrooke, Canada) afin d’améliorer la qualité de l’air intérieur et le confort thermique ainsi que son rendement énergétique. Les simulations sont réalisées avec le logiciel libre OpenFOAM en utilisant une approche RANS. Une étude thermo-aéraulique par CFD a d’abord été réalisée sur une cavité rectangulaire avec plancher chauffé, afin d’appréhender les simulations thermo aérauliques. Cela a abouti à la détermination de la meilleure configuration d’aération pour une qualité de l’air et un confort thermique optimum. Plusieurs simulations CFD du flux d'air tridimensionnel avec transfert de chaleur et de masse ont été aussi effectuées ultérieurement pour la piscine, afin d’évaluer les effets des conditions climatiques extérieures et ceux des nageu, The swimming pool is one of the most popular public establishments in our society and is not just a place for physical activities but also a space for relaxation, play, education and family ties. It is therefore important to ensure a healthy and comfortable indoor environment for the occupants. However, given the size, energy requirement and complexity of the physical phenomena that take place within such space, it is difficult to achieve an optimum balance between interior air quality, thermal comfort of occupants and energy efficiency of the building. This requires a description of the mechanisms, which determine the structure of the airflow by a profound analysis of these phenomena, which are the origin of the heat and mass transfers involved inside such spaces. The objective of this thesis is to present a numerical thermo-ventilation study using CFD (computational fluid dynamic) in stationary and transient regime that allows to evaluate the dynamic, thermal and thermodynamic behaviors of the various phenomena that take place inside the semi-Olympic closed swimming pool at Bishop's University (Sherbrooke, Qc, Canada). The aim is to improve the indoor air quality and thermal comfort of occupants as well as its energy efficiency. The simulations are carried out using OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) using a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach. To do this, a CFD thermo-ventilation study was first carried out on a rectangular cavity with heated floor in order to understand the thermo-ventilation simulations. This has led to the determination of the best ventilation configuration for optimum air quality and thermal comfort. Several CFD simulations of the three-dimensional airflow with heat and mass transfer were also carried out later for the indoor swimming pool to evaluate the effects of outdoor climatic conditions and swimmers on the indoor atmosphere of the pool. By adopting several RANS turbulence models, the comparison of t

La réduction de la traînée aérodynamique des véhicules dans un objectif de diminution de la consommation énergétique est en plein essor aussi bien pour les véhicules électriques que thermiques. Cette étude porte sur un tricycle à motorisation hybride dont la forme et le comportement aérodynamique sont à la frontière entre une motocyclette et une automobile. L'étude s'inspire des avancées scientifiques sur ces deux types de véhicules en matière d'aérodynamique. L'objectif principal est de réduire la traînée aérodynamique du véhicule par des modifications de l'enveloppe externe tout en assurant le refroidissement du moteur thermique et des composants de la chaîne électrique. On développe une optimisation topologique de la position des échangeurs sur le tricycle, on conçoit et fabrique un prototype en fonction des résultats d'optimisation. Ensuite, on valide le prototype par des essais en soufflerie et on caractérise son aérodynamique ainsi que la sensibilité de la traînée du véhicule suivant des paramètres comme la vitesse, l'angle de lacet, etc. En n, l'étude s'oriente vers une approche d'optimisation globale multidisciplinaire permettant d'atteindre l'objectif principal en fonction des contraintes ayant trait au projet.

La réduction de la consommation énergétique est actuellement un point important lors de la conception d'un véhicule qu'il soit à moteur thermique (réduction de la consommation d'essence), électrique (augmenter la distance parcourue sans recharger les batteries) ou hybride. C'est dans cette optique que nous chercherons à réduire les forces de traînée aérodynamique qui s'opposent au mouvement de tout véhicule et qui sont donc à l'origine d'une consommation supplémentaire d'énergie. Grâce au développement des outils de calcul, il est aujourd’hui possible de tester sans fabriquer. En effet, grâce à l’essor de la CFD (Computational Fluid Dynamics) il est désormais possible de reproduire tous nos bancs de tests et nos optimisations de façon numérique. Cependant, ces outils ne sont pas encore parfaits et ils nécessitent des ajustements obtenus grâce à la mise en place de tests expérimentaux. C’est ainsi que les caractérisations et optimisations effectuées sur le tricycle hybride étudié et ses sous-systèmes seront réalisées. L'étude portera principalement sur l'aérodynamique externe du tricycle ainsi que sur ses échangeurs thermiques.

Le travail de réduction de la traînée aérodynamique d’un véhicule peut être mené sur deux fronts à la fois; d’une part la simulation numérique CFD (Computational Fluid Dynamics) et d’autre part les tests expérimentaux. Les méthodes et approches appliquées à la réduction de la traînée aérodynamique sont bien connues pour des véhicules de types automobile et motocyclette. La présente recherche porte sur un véhicule Spyder qui combine les aspects d’une automobile par la dimension de sa surface frontale et d’une motocyclette par sa position de conduite et son exposition aux éléments extérieurs. L’étude permet d’identifier les zones génératrices de traînées et de leur appliquer des optimisations adaptées. Nous avons appliqué plusieurs méthodes issues de la littérature afin d’atteindre les objectifs de réduction de la traînée fixés par le projet, soit une réduction de plus de 22% de la traînée aérodynamique totale du véhicule. Les recherches se concentrent sur l’aérodynamique externe du véhicule jusqu’aux interfaces avec l’aérodynamique interne.