Cellule MINIBAT

Les caractéristiques de la cellule climatique MINIBAT sont présentées sur la Figure III.5. Il s’agit

d’une cellule de dimensions 3,1m*3,1m*2,5m, de dimensions proches de celles de la cellule

climatique utilisée dans cette thèse pour la campagne expérimentale (4,26m*3,08m*2,6m, cf. Figure

II.2).

Figure III.5. Schéma de la cellule climatique MINIBAT

Le soufflage d’air se fait au voisinage du plafond au niveau de la paroi Sud, au travers d’une fente

de soufflage ayant les dimensions suivantes : longueur L

0

= 0,25m et largeur h

0

= 0,02m (Figure

III.6), soit une surface efficace de A

0

= 0,005m² et un rapport de forme ^L

0

h

0

=12,5 correspondant

au cas d’un jet à trois dimensions [Farquharson, 1952]. La section de passage de la fente de soufflage

est relativement proche de celle du diffuseur étudié dans la présente étude : A

0

=5,00.10

-3

m²ici

contre 4,37.10

-3

m² pour le diffuseur à 12 buses. La distance au plafond est également similaire, avec

0,16 m du plafond au centre de la fente ici, et 0,16 m du plafond au centre de la première rangée

de buses dans notre étude. Cependant, la géométrie de soufflage est bien plus simple dans ce cas

que dans celui du diffuseur à 12 buses lobées étudié, pour lequel il est nécessaire de simuler le

phénomène d’interaction des jets issus de chacune des 12 buses.

100

Figure III.6. Dimensions de la fente de soufflage d’air pour les essais MINIBAT

La reprise d’air est effectuée au travers d’une fente de dimensions 0,2 m x 0,1 m située à 0,02 m du

sol (Figure III.7). Elle a donc une section plus importante que la reprise considérée dans notre

étude. Cependant, la géométrie de la reprise d’air n’a généralement que peu d’influence sur la nature

de l’écoulement en amont [Awbi, 2003 ], c’est-à-dire dans le local.

Figure III.7. Dimensions de la fente de reprise d’air pour les essais MINIBAT

Conditions aux limites

Un profil de vitesse uniforme est imposé en entrée du domaine, correspondant au rapport du débit

mesurée sur la section de la fente de soufflage. Le nombre de Reynolds au soufflage, de section A

0

,

est calculé sur la base du diamètre équivalent D

e

(Equations(III.30) et (III.31)).

A₀ =^πDe

2

4 ^{⇒ De= 2√}

A₀

π (III.30)

Re₀ = ^ρ0U0De

μ (III.31)

Les paramètres turbulents définis en entrée de domaine sont alors déduits de l’intensité de

turbulence Tu

0

déterminée en supposant un régime pleinement établi (Equations (III.32) à (III.35)).

101

Tu₀= 0,16(Re₀)^−1/8 (III.32)

k₀ =³

2^(U0Tu0)

2 (III.33)

ε₀= C_μ^3/4k0

3/2

D_e (III.34)

ω₀= ^√k0

C_μ^1/4D_e (III.35)

Avec k₀ l’énergie cinétique turbulente au soufflage, ε₀ le taux de dissipation de l’énergie cinétique

turbulente au soufflage, et ω₀ le taux de dissipation spécifique de l’énergie cinétique turbulente au

soufflage.

Les conditions des simulations réalisées sont consignées dans le Tableau III.1.

Essais

Désignation _{Grandeur Unité Isotherme} Chaud Froid

Débit volumique d'air soufflé Q

0

m

3

/h 25,4 24,2 25,1

Renouvellement d'air RA vol/h 1,06 1,01 1,04

Température de soufflage T

0

°C 22,3 34 11,2

Température de reprise T

r

°C 21,8 21,3 21,8

Ecart de température T

0

- T

r

°C 0,5 12,7 10,6

Nombre d'Archimède au soufflage Ar

0

- _5,0.10

-4

1,6.10

-2

1,3.10

-2

Nombre de Reynolds au soufflage Re

0

- _{7348 6535 7772}

Puissance apportée par le soufflage P

0

W 4 99 92

Température moyenne de la paroi Nord _Tnord °C _{21,7 21,6 22,0}

Température moyenne de la paroi Sud _Tsud °C _{22,3 19,6 24,8}

Température moyenne de la paroi Est _Test °C _{21,5 21,7 22,0}

Température moyenne de la paroi Ouest _Touest °C _{21,7 21,5 22,0}

Température moyenne du plafond _Tplafond °C _{21,8 22,5 22,2}

Température moyenne du sol _Tsol °C _{21,5 21,2 22,1}

Tableau III.1 . Conditions des essais réalisés dans la cellule MINIBAT

Les valeurs du nombre d’Archimède au soufflage sont consignées dans le Tableau III.2. A titre de

comparaison, les valeurs des nombres d’Archimède au soufflage de l’ensemble des simulations

considérées dans cette étude sont également indiquées. Pour les essais de soufflage chaud, l’essai

MINIBAT se situe dans la gamme haute des valeurs du nombre d’Archimède au soufflage, comparé

à l’ensemble des simulations effectuées dans le cadre de cette thèse. Pour les essais de soufflage

froid, la valeur du nombre d’Archimède au soufflage de l’essai MINIBAT se situe au-dessus des

valeurs de l’ensemble des simulations effectuées dans cette thèse. Une valeur élevée du nombre

d’Archimède au soufflage implique une plus grande importance des forces de poussée et une

102

difficulté accrue à obtenir des prédictions correctes de l’écoulement à l’aide du code CFD. Les

prédictions obtenues dans le cadre de cette thèse pour le soufflage d’air froid seront donc

vraisemblablement de meilleure qualité que les prédictions obtenues pour le cas de soufflage froid

de la cellule MINIBAT.

Ar

0

MINIBAT Présente étude

Chaud 1,6.10

-2

8,5.10

-4

à 3,4.10

-2

Froid 1,3.10

-2

2,4.10

-4

à 8,9.10

-3

Tableau III.2 . Comparaison des valeurs du nombre d’Archimède au soufflage pour les essais

MINIBAT et les simulations de la présente étude avec le diffuseur à 12 buses

Une valeur constante de pression est imposée en sortie du domaine, égale à la pression

atmosphérique. La vitesse et la température en sortie sont des résultats des simulations et sont

obtenues à partir des valeurs de la vitesse et de température à l’intérieur du domaine de calcul. Pour

les autres variables, les gradients normaux à la section de sortie sont supposés être nuls. La

température est définie au niveau des parois comme étant égale à la moyenne des températures

mesurées expérimentalement pour chaque paroi. Un modèle à bas y+ est employé, consistant à

résoudre l’écoulement jusqu’à la sous couche visqueuse. Pour cela, un maillage est employé au

niveau des parois, consistant en 15 couches de maillage (Figure III.8). Un maillage polyédrique est

employé dans le reste du domaine.

Figure III.8. Vue en coupe du maillage polyédrique retenu

Méthode de comparaison des valeurs de vitesse d’air

Les calculs CFD permettent de prédire le champ de vitesse moyen en tout point de la pièce :

103

Or, dans la réalité, le module et la direction de la vitesse instantanée en chaque point de la pièce

varie au cours du temps (Equation (III.37)).

V_air= √(u̅ + u′)2+ (v̅ + v′)2+ (w̅ + w′)2 (III.37)

Ainsi, la vitesse moyennée dans le temps V

air

est différente de la vitesse moyenne U obtenue par

CFD. Afin de pouvoir comparer les résultats numériques à ceux obtenus expérimentalement, il

convient d’utiliser la corrélation de l’Equation (III.38), adaptée au cas des mesures de vitesse pour

la détermination des critères de confort dans les ambiance habitées [Popiolek et Melikov, 2004].

V_air= ^{U + 0,105√k}

1 − 0,94 e⁽

−1,157U

√k ⁾

(III.38)

Avec k, l’énergie cinétique turbulente.

Dans le document Etude expérimentale et numérique du traitement des ambiances par le vecteur air dans les bâtiments à très basse consommation d'énergie (Page 106-110)