Rapport projet ANSYS

  • View
    539

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • 2015 - 2016

    Ecole national Dingnieurs de Sousse

    Rapport du projet en mcanique des fluides Etude dcoulement autour dune sphre

    Etudiants : Mahmoud DAAMI Aymen BEN AHMED Rihab MAWA Rania GHOUL

    Groupe : Mca 2.3

  • 1

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Remerciements :

    loccasion de llaboration du rapport de notre projet, nous avons la

    fiert de relever les soins particuliers dont nous avons t entours durant la conduite de ce projet de la part de notre encadrante Mlle Amna ATTOURI pour la qualit de son encadrement et pour la perspicacit de ses critiques. Grce ses propositions et ses commentaires prcieux, nous avons pu surmonter nos difficults et progresser dans nos tudes tout le long de ce projet.

  • 2

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Table des matires Introduction : ................................................................................................................................................ 3 Chapitre I : Mise en situation : ............................................................................................................... 4

    I. Introduction gnrale : ............................................................................................................................ 4 II. Description du problme : ................................................................................................................... 4

    1. Nombre de Reynolds ........................................................................................................................... 5 2. Interprtation physique : ...................................................................................................................... 5 3. Diffrents types dcoulement : .......................................................................................................... 5 4. Couche limite : .................................................................................................................................... 5 5. Traine dune sphre dans un fluide :.................................................................................................. 6

    Chapitre II : Simulations numriques ................................................................................................... 8 I. En deux dimensions : .............................................................................................................................. 8

    1. Gomtrie : .......................................................................................................................................... 8 2. Maillage : ............................................................................................................................................. 8 3. Configuration : .................................................................................................................................... 9 4. Rsultats ............................................................................................................................................ 10

    II. En trois dimensions : ......................................................................................................................... 14 1. Gomtrie : ........................................................................................................................................ 14 2. Maillage : ........................................................................................................................................... 15 3. Configuration : .................................................................................................................................. 16

    Conclusion : ................................................................................................................................................ 22

  • 3

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Introduction :

    Dans le cadre du module Mcanique des Fluides, il tait ncessaire de faire un projet qui relie les notions thoriques tudis et leurs applications physiques. Lobjectif de ce projet consiste dcouvrir un complment correspondant lcoulement de fluide parfait en prsence dobstacle.

    En fait, nous allons, tudier lvolution du force de train en fonction de coefficient de Reynold sur une sphre Cette tude va tre effectue avec le logiciel ANSYS-FLUENT.

    ANSYS est un diteur de logiciels spcialis en simulation numrique. Ses produits majeurs sont des logiciels qui mettent en uvre la mthode des lments finis, afin de rsoudre des modles pralablement discrtiss.

  • 4

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Figure 1

    Chapitre I : Mise en situation :

    I. Introduction gnrale :

    La mcanique de fluide est la branche de la physique qui traite de lcoulement dun fluide et des effets mcaniques, thermiques et autres, quil engendre ou qui sont lui associs, le domaine dapplication dont ltendu est considrable, touche galement plusieurs autre sciences, il englobe ainsi tous les phnomnes dcoulement qui se prsentent quotidiennement dans notre environnement immdiat, dans latmosphre et les ocans, dans lespace. Ltude de ces phnomnes est primordiale pour certaines applications dlicates comme lingnierie navale, larodynamique, la mtorologie, la climatologie et locanographie II. Description du problme :

    On considre le mouvement rectiligne dune sphre de rayon R dans un fluide la vitesse V. Le

    problme est quivalent celui dun coulement autour dune sphre immobile. La vitesse du fluide, loin en amont et loin en aval de la sphre note -v. Lexprience montre que la sphre atteint une vitesse limite constante. Cela suggre lexistence dune force autre que le poids et la pousse dArchimde, et associe aux frottements du fluide sur la sphre (effet de viscosit). Le fluide exerce sur la sphre de diamtre d 2R une force Ft dirige selon le sens de lcoulement, appele Force de traine. On demande, par simulation didentifier cette force et de tracer la courbe du coefficient de traine Cx en fonction du Reynolds Re.

  • 5

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    1. Nombre de Reynolds :

    Soit lcoulement de vitesse caractristique U, de dimension caractristique L, dun fluide de masse volumique et de viscosit. Le nombre de Reynolds caractristique de cet coulement est le nombre sans dimension.

    o = / est la viscosit cinmatique du fluide. La longueur caractristique L est le diamtre dune conduite, ou la dimension dun obstacle.

    2. Interprtation physique :

    Le nombre de Reynolds est le rapport des ordres de grandeur de deux termes de lquation de Navier-Stokes, que lon peut interprter comme deux modes de transfert de quantit de mouvement :

    3. Diffrents types dcoulement :

    Re < 2000 : coulement laminaire :

    Re > 4000 : coulement turbulent :

    Pour 2000 < Re < 4000, on observe un rgime de transition, o lcoulement fluctue entre le rgime laminaire et le rgime turbulent. Dans des conditions exprimentales particulires, on peut observer une transition laminaire

    turbulente pour un nombre de Reynolds bien suprieur 2000 ; il ne sagit que dun ordre de grandeur.

    4. Couche limite : Lcoulement autour dun obstacle, tel que Re >> 1, est caractris par une couche limite dpaisseur autour de lobstacle, zone dans laquelle les effets de la viscosit sont prpondrants. En dehors de la couche limite, lcoulement est considr comme parfait.

  • 6

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Figure 2

    5. Traine dune sphre dans un fluide : On appelle traine dans la direction de lcoulement la rsultante des actions du fluide sur le solide immerg. La composante normale la direction de lcoulement de la rsultante des actions du fluide est appele portance.

    Le coefficient de trane dpend : du nombre de Reynolds. de la texture de la sphre.

    Re < 1 : la trane est donne par la loi de Stokes : 103

  • 7

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Une couche limite turbulente rsiste mieux au dcollement quune couche limite laminaire. La crise de la trane correspond la transition couche limite laminaire -> couche limite turbulente. Les alvoles la surface dune balle de golf favorisent lapparition dune couche limite turbulente

    afin de diminuer la trane. Lcoulement turbulent dans le sillage saccompagne dune forte dissipation dnergie par viscosit. La dissipation est plus faible si le sillage est plus petit.

  • 8

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Chapitre II : Simulations numriques

    Dans ce chapitre on sintressera ltude pratique ralise avec le logiciel de simulation ANSYS. I. En deux dimensions :

    1. Gomtrie :

    Figure 3

    2. Maillage :

    Figure 4

  • 9

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    3. Configuration :

    Figure 5

    Figure 6

  • 10

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Figure 7

    Figure 8

    4. Rsultats Etude statique : Pour observer leffet de la variation du nombre de Reynolds sur le coefficient de trane, on a effectu deux simulations statiques pour Re=0.5 et Re=400 : Pour Re= 0.5 :

  • 11

    Rapport de projet en mcanique des fluides

    A.U : 2015 - 2016

    Figure 9 : Vitesse pour Re=0.5