Exploitation physique

Une fois le maillage finalisé, on le vérifie grâce au Check mesh sous code_Saturne. On peut ensuite lancer la simulation. Il faut absolument que le pas de temps soit variable avec un petit pas de temps pour initialiser de manière à ce que les conditions de stabilité puissent être respectées par le logiciel. De plus, on ne doit pas oublier la condition limite en sortie en imposant une température correspondant à la température initiale. Par ailleurs, pour que les calculs s'effectuent plus rapidement on fait fonctionner 4 coeurs, ce qui découpe de manière arbitraire le domaine en quatre.

Pour sauvegarder les résultats de manière à en avoir suffisamment pour bien observer l'écoulement au cours du temps mais aussi de manière à ne pas consommer trop de mémoire, nous choisissons de les sauvegarder toutes les 0.1s.

L'ensemble des profils de champ de température obtenu à partir des résultats ont été traité sur Paraview (cf Tutoriel Paraview). Afin d'obtenir des profils de température plus lissés, l'option "Cell Data to Point Data" sera activé dans la majorité des cas puisqu'elle permet de faire une interpolation qui diminue les discontinuités entre les mailles.

1. Tinitiale = 28°C à l'intérieur de l'avion

Pour cette première simulation, le domaine est initialement à 28°C pour représenter par exemple l'avion au sol dans un pays tropical.

Pour cette simulation les paramètres suivants ont été choisi : 8000 itérations et un pas de de temps variable et initial de 0.008 s. La vitesse de soufflage est de 2 m/s pour l'entrée d'air du cockpit et de 2,5 m/s pour les six entrées de la cabine. Les conditions limites imposent des valeurs de températures telles que les entrées soufflent de l'air à 20°C et la sortie est constamment à 28°C ("prescribed value" sous code_Saturne).

Les champs de pression et de vitesse au premier pas de temps nous ont permis de vérifier que la sortie est bien active. En effet au niveau de la sortie, nous notons une dépression qui est bien cohérente avec la définition de "Pressure Outlet" sur Code_Saturne.

  • Champ de température en surface

 

 

Ces trois images précédentes représentent le champ de température à travers l'ensemble de l'avion. Ainsi au temps 0,1s nous pouvons vérifier les conditions limites imposées aux entrées. Le dernier temps observé n'est pas encore le temps du régime permanent puisqu'il reste des zones où la température est supérieure à 20°C.

  • Champ de température pour différentes coupes

Ce type visualisation composée de plusieurs coupes (x=0, y=0, z=-11,z=-26m) permet de mieux comprendre la répartition du champ de température à l'intérieur du domaine. Nous nous rendons compte en effet que les débits importants crées des sortes de jets d'air frais qui vont impacter sans que la diffusion de la température n'est le temps de se propager. Ce sont les conséquences de trop grandes vitesses de soufflage en entrée, qui ne respecte le confort des passagers. Ceci peut aussi bien se visualiser avec une vidéo des zones qui apparaissent dès que la température descend en dessous des 26 ° comme ci-dessous.

  • Champ de température en coupe et profils de température associés

Profil de température (°C) en fonction de la longueur z (en m) pour x=0 et y=0 au temps 39,91s

A un temps intermédiaire de 39.81 s, le profil de température ci-dessous permet de bien visualiser les écarts de température lorsque le débit d'air froid entre parmi les 7 entrées différentes.

Profil de température (°C) en fonction de la longueur z pour x=0 et y=0 au temps 180s

Pour un temps plus avancé de 129 s, l'amplitude des pics de fraîcheur est beaucoup plus faible. De plus, si on ne tient pas compte de l'arrière de l'avion, les températures maximales sont de 23,5°C, ce qui est tout de même beaucoup plus supportable. Ainsi, le profil de température est plus homogène au bout de 2 min, comme nous souhaitions que cela le devienne.

2. Tinitiale = 0°C à l'intérieur de l'avion

Pour cette deuxième simulation, le domaine est cette fois initialement à 0°C qui peut représenter par exemple le décollage de l'avion en hiver ou dans un pays nordique.

Sur code_saturne, les paramètres suivants ont été choisi : 5000 itérations et un pas de de temps variable et initial de 0.005 s. Les vitesses de soufflage, de 2 m/s pour le cockpit et de 2,5 m/s pour la cabine sont identiques à la première simulation de même que la condition de Diriclet à la sortie imposée par la température initiale de 0°C.

 

     

    Ces champs de température nous donnent une idée du transport et de la diffusion de la température à l'intérieur de l'avion. Que ce soit pour réchauffer ou climatiser un avion, le principe physique de la propagation de la température semble être le même dans notre cas à cause de nos hypothèses de départ,0 même si théoriquement les dilatations de volumes pourraient altérées cette similitude.

    3. Climatisation alternée avec Tinitiale = 28°C

    Cette simulation a été réalisé avec un pas de temps variable initialement à 0,005s et 7000 itérations.

    Pour créer cette climatisation alternée, on souhaite qu'une seule entrée sur deux fonctionne. Pour cela nous avons déjà différencié la référence (12 et 13) des entrées dans le maillage. Pour l'entrée 13, on continue d'imposer un débit de 2.5 m/s avec une température de 20°C. Pour l'entrée 12, on lui attribue un débit nul avec une température égale à 28 °C qui celle présente dans le domaine initialement. Nous gardons les mêmes conditions que la première simulation pour l'entrée du cockpit (11) et la sortie (91).

    En comparant une climatisation non alternée et alternée, même avec un temps moins important pour la climatisation non alternée (39s contre 50.9s) nous pouvons remarquer que le champ de température met plus de temps à s'homogénéiser dans l'avion (approximativement 2 fois mois vite).

    La représentation de ces zones de températures montrent qu'avec un débit aussi important (transport supérieur à diffusion), la fraîcheur est conservée sur la parois inférieure de l'avion. Contrairement à notre simulation 2D, la dimension de l'entrée d'air cockpit est deux fois plus grande que les entrées d'air de la cabine et permet que le refroidissement se fasse plus vite même en ayant une vitesse de soufflage de 2,5 m/s au lieu de 2m/s.

    ​Cette dernière image nous rappelle l'importance du phénomène de turbulence qui peut être difficile d'analyser compte tenu que nos simulations possèdent un maillage grossier mais qu'il est important de ne pas oublier lors d'une étude sur la climatisation.