Accuracy of Heat Load Transfer in a Quasi-Dynamic Fluid-Structure Interaction

This paper is devoted to investigate the temporal and spatial accuracy in transient conjugate heat transfer problems where the influence of unsteadi-ness in the fluid is supposed to be negligible. The numerical method is based on an iterative procedure with interpolated boundary conditions on the solid side. Emphasis is put on these interpolation procedures. First it is shown that a temporal interpolation is by no means the most appropriate way of estimating the flow boundary conditions prescribed on the coupled solid surfaces. In contrast, when these conditions are based on the heat flux/temperature linearity, significantly better results are obtained. Indeed, they compare very well against a reference solution provided by a non-iterative and non-interpolated coupled computation. Moreover, important improvements were made by adequately defining the integral contribution of the boundary condition using the Gauss points in the finite element solid code. Finally, it was also revealed that a relevant approximation of the heat transfer requires a sufficiently fine solid mesh at the interface.; Cet article est consacré à l'étude de la précision temporelle et spatiale dans les problèmes aérothermiques en régime transitoire où l'influence des effets instationnaires dans le fluide est supposée être négligeable. La méthode numérique est basée sur une procédure itérative avec des conditions aux limites interpolées sur l'interface solide. L'accent est mis sur ces procédures d'interpolation. Tout d'abord, il est montré qu'une interpolation temporelle n'est en aucun cas le moyen le plus approprié d'estimer les conditions limites de l'écoulement prescrites sur les surfaces solides couplées. En revanche, lorsque ces conditions sont basées sur la linéarité flux de chaleur/température, les résultats obtenus sont nettement meilleurs. En effet, la comparaison avec une solution de référence obtenue par un calcul couplé non itératif et non interpolé est satisfaisante. De plus, d'importantes améliorations ont été apportées en définissant adéquatement la contribution intégrale de la condition limite à l'aide des points de Gauss situés sur l'interfaces du solide. Enfin, il a également été révélé qu'une approximation pertinente du transfert de chaleur nécessite un maillage solide suffisamment fin à l'interface fluide-structure.