Étude de l’approximation P1 pour les transferts radiatifs spectralement corrélés dans des gaz – Application à l’étude des transferts couplés convection-rayonnement dans des échangeurs de chaleur à haute température

Résumé :
Dans de nombreuses applications industrielles mettant en jeu des milieux à haute température, en particulier celles faisant intervenir une combustion, les transferts énergétiques peuvent être dominés par les échanges radiatifs. De tels milieux sont le siège de transferts thermiques complexes faisant intervenir des couplages entre les phénomènes fondamentaux de transfert : la conduction, la convection (généralement turbulente) et le rayonnement.

Les exemples de telles situations sont nombreux; citons par exemple le cas des récupérateurs d'énergie thermique sur les fumées à haute température. Le plus souvent dans ce cas, l'énergie récupérée est utilisée pour préchauffer l'air de combustion dans des systèmes tels que les fours ou les chambres de combustion etc. L'énergie perdue peut être, dans certaine conditions, réduite de 60 à 75% /Moreau et Bony 1986/.

D'autres situations plus pointues mettant en jeu des limitations technologiques de type température admissible aux parois du système nécessitent une étude fine de ces phénomènes. Citons par exemple, la tenue thermique des matériaux à haute température dans les chambres de combustion de moteur d'avion; il est important de pouvoir prédire le flux atteignant les parois et éventuellement concevoir le système de façon à minimiser le flux. Dans d'autres systèmes tels que les fours industriels ou certains échangeurs le but recherché est inverse; il s'agit d'obtenir un flux maximal d'échange entre les parois et le fluide de façon à augmenter le rendement du système. Pour des niveaux de température relativement moindres, on citera les exemples des écoulements atmosphériques où les écoulements de type convection naturelle induite par des gradients thermiques qui sont de ce fait très sensibles aux transferts radiatifs.