1. Problème de référence#

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1.1. Géométrie#

La structure est constituée d’un tube dans lequel circule un fluide porteur du choc thermique.

  • Section de tube droit

  • Longueur du tube : \(L=0.1m\)

  • Diamètre extérieur du tube : \({\varphi}_{\mathit{ext}}=0.048m\)

  • Épaisseur du tube : \(e=0.006m\)

1.2. Propriétés de matériaux#

  • \(\lambda =15W/m°C\) Coefficient de conductivité thermique

  • \({C}_{P}=500J/\mathit{Kg}°C\) Chaleur spécifique

  • \(a=3.8x{10}^{-6}{m}^{2}/s\) Diffusivité thermique

  • \(E=200000\mathit{MPa}\) Module d’Young

  • \(\nu =0.3\) Coefficient de Poisson

  • \(\alpha =15x{10}^{-6}/°C\) Coefficient de dilatation thermique

1.3. Conditions aux limites et chargements#

Le choc thermique est transmis au tube par le fluide via un échange convectif. Deux chocs thermiques sont étudiés :

Choc Thermique

Intrados

Extrados

\(\Delta T=1°C\)

\({T}_{\mathit{fluide}}=21°C\) \(h=20000W/{m}^{2}/°C\)

\({T}_{\mathit{imposée}}=20°C\)

\(\Delta T=50°C\)

\({T}_{\mathit{fluide}}=70°C\) \(h=20000W/{m}^{2}/°C\)

\({T}_{\mathit{imposée}}=20°C\)

Le choc thermique correspond à la différence entre la température initiale du tube et celle du fluide.

Le flux est nul dans la direction axiale du tube (\(\frac{\partial T(x,t)}{\partial z}=0\) ).

Pour l’analyse mécanique le tube est bloqué à sa base dans le sens axial.

1.4. Conditions initiales#

  • \(T(x,t=0)=20°C\) pour le choc \(\Delta T=50°C\)

  • \(T(x,t=0)=20°C\) pour le choc unitaire \(\Delta {T}_{U}=1°C\)

1.5. Précisions concernant les modélisations#

Pour définir la discrétisation en temps on utilise la constante de temps \(\tau =\frac{{e}^{2}}{(a{\pi}^{2})}=1s\) qui nous donne dans le cas d’un choc thermique l’instant au delà duquel le comportement thermique devient presque stationnaire dans le tube. La durée du choc thermique est fixée à \({10.}^{-1}s\) . Nous avons choisi la discrétisation en temps suivante:

5

pas pour

\([0.0,0.1]\)

soit

\(\Delta t=0.01s\)

4

pas pour

\([0.1,0.5]\)

soit

\(\Delta t=0.04s\)

4

pas pour

\([0.5,3.0]\)

soit

\(\Delta t=0.25s\)

1

pas pour

\([3.0,5.0]\)

soit

\(\Delta t=0.4s\)

1

pas pour

\([5.0,10.]\)

soit

\(\Delta t=2.5s\)