Comparaison avec la simulation DO

la comparaison n’est pas totalement satisfaisante compte tenu de l’exigence souhaitée sur la précision.

5.6 Comparaison avec la simulation DO

Les résultats de la simulation « hybride » ont ensuite été comparés avec ceux de la simu-lation « DO » qui a permis de retrouver des bons niveaux de température sur le bulbe. La simulation DO inclut l’ensemble des contributions. Le filament est modélisé par un cylindre équivalent et le bulbe est considéré comme un matériau semi-transparent.

Comparaison des profils de température

Les figures 5.10et5.11 présentent les profils surfaciques des températures à l’avant du réflec-teur et à l’arrière du réflecréflec-teur pour les simulations « hybride » et « DO ».

Distance

Température (°C)

DO hybride

0 0.006 0.012 0.018 0.024 0.03 0.036 0.042 0.048 0.054 0.06

57 62 67 72 77 82 92 97 102 107 112

Profil avant

Figure 5.10 – Profils des températures sur la surface avant du réflecteur

Chapitre 5. Application sur un cas réel 3D

Distance

Température (°C)

DO hybride

0 0.006 0.012 0.018 0.024 0.03 0.036 0.042 0.048 0.054 0.06

47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97 102 107

Profil arrière

Figure5.11 – Profils des températures sur la surface arrière du réflecteur

On note une bonne concordance entre les différents profils. Un écart de 4^◦C au maximum les sépare. De plus, les températures maximales prédites pour chacune des simulations sont identiques. La température atteinte est de l’ordre de109^◦C en face avant, et de100^◦Cen face arrière.

Comparaison des flux nets aux parois

Les flux nets à la paroi du réflecteur sont répertoriés dans le tableau5.3

réflecteur

flux net (W) face avant flux net (W) face arrière

DO 1.352W −0.007W

hybride 1.362W (dont 1.349W −0.511 provient du calcul Monte Carlo)

Table 5.3 – Flux nets aux parois

Concernant le calcul hybride, de la différence entre le flux net reçu, soit1.362W, et l’énergie provenant du calcul Monte Carlo (filament), soit1.349W, reste un apport radiatif de0.013W, soit 0.95%. Cet apport radiatif est apporté par le bulbe de la lampe et est négligeable dans le bilan radiatif global. Le rayonnement du bulbe compense en fait les pertes radiatives du réflecteur. En revanche, son rôle déterminant est d’être le moteur des transferts convectifs.

En face avant, le flux net relatif à la méthode DO est proche de celui obtenu avec la méthode hybride avec moins de1%d’écart.

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5.7. Conclusion partielle

Comparaison des temps de calculs:

Pour la simulation hybride, le rayonnement a d’abord été calculé dans EDStar sur un ordina-teur MacBook Pro doté d’un processeur 4 cœurs Intel Core i5 cadencé à 2.3 GHz. Ensuite le calcul thermique a été réalisé sur un cluster de 36 cœurs. Il faut s’avoir également qu’un cœur de cluster est 2.67 fois plus rapide qu’un cœur de Mac. Dans EDStar la simulation a duré 30 minutes pour 20 millions de rayons et une utilisation du processeur à 90%. L’équivalent cluster est alors de 1min28. Sur le cluster, la simulation thermique a duré 2 minutes, soit un total de 3min28 pour la simulation.

Sur le cluster, le temps de simulation pour la méthode DO est 23 minutes. Le temps de calcul est donc divisé par 7. L’intérêt de découpler le calcul radiatif du calcul de CFD est ici démontré.

5.7 Conclusion partielle

A l’issue de cette analyse, nous devons admettre qu’en l’état actuel, le calcul radiatif dans EDStar n’est pas encore suffisamment avancé pour se substituer totalement à la méthode DO, principalement pour deux raisons :

1. En premier lieu, le calcul radiatif effectué dans EDStar est incomplet. Il manque no-tamment l’émission radiative du bulbe, moteur des transferts convectifs.

2. Faute de calcul radiatif pour le bulbe et la base, leurs températures ne peuvent être obtenues en simulation. A défaut, les profils thermiques préalablement extraits de la simulation DO ont été appliqués sur leurs surfaces.

3. Enfin, pour le calcul transitoire, la question se pose sur la faisabilité de coupler les transferts radiatifs aux transferts convectifs et conductifs. Cette entreprise nécessite la création d’une boucle de rétroaction entre Fluent et EDStar. Cette boucle consiste à itérer la source de rayonnement afin de prendre en compte, en transitoire, les variations des flux émis par les sources secondaires.

Cette étude de faisabilité, qui doit certes faire appel à de plus amples développements, est néanmoins concluante. En effet, le calcul hybride des transferts radiatifs a permis de retrouver les mêmes niveaux de température que ceux du calcul avec la méthode DO.Un point positif concerne le temps de calcul, significativement réduit lorsque le rayonnement du filament est pris en charge par le biais du chaînage EDStar-Fluent.

Des travaux futurs permettrait de calculer le terme source radiatif pour le bulbe et le reste du système, uniquement par la méthode de Monte Carlo comme le suggère la figure 5.12.

Chapitre 5. Application sur un cas réel 3D

Le couplage hybride permettra d’inclure l’ensemble des contributions secondaires jouant néan-moins un rôle dans le bilan thermique. Ces sources secondaires sont issues de l’émission propre des matériaux dans la bande spectrale infrarouge. Ce sont des émissions plus diffuses pour les-quelles, il sera intéressant de tester une autre méthode que la méthode des ordonnées discrètes comme la méthode des radiosités.

Filament bulbe

Monte Carlo [0 –5µm]

Matériau opaque

CFD DO

[2.5µm –20µm]

Monte Carlo [5-20µm]

EDStar

Fluent

Figure 5.12 – Perspective de simulation

• Source radiative

Monte Carlo dans la bande [0−5.5µm]-Les éléments du système d’éclairage reçoivent le flux provenant du filament et transmis par le bulbe.

Le bulbe absorbe une partie du flux provenant du filament.

Monte Carlo dans la bande [5.5−20µm]- Le flux absorbé par le bulbe dans sa bande opaque est pris en compte ici.

• Rayonnement DO bande [2.5−20µm]:Le rayonnement des surfaces atteignant des températures de l’ordre de 400K participe au chauffage des matériaux. Pour cette raison la méthode DO est activée pour cette bande.

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