Modélisation numérique de la thermoaéraulique du bâtiment: des modèles CFD à une approche hybride volumes finis / zonale

• Main Author: Bellivier, Axel
• Language: FRE
• Published: Université de la Rochelle 2004
• Subjects: [SPI:NRJ] Engineering Sciences/Electric power; [PHYS:MECA:MEFL] Physics/Mechanics/Mechanics of the fluids; [SPI:MECA:MEFL] Engineering Sciences/Mechanics/Fluids mechanics; thermo-aéraulique; bâtiment; CFD; zonale; viscosité turbulente constante; viscosité numérique; couplage; modélisation
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007009; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/04/71/37/PDF/tel-00007009.pdf

Dans le contexte de la modélisation 3D en thermo-aéraulique du bâtiment à l'aide de codes de champs, il est nécessaire de réduire les temps de calcul afin de modéliser des volumes toujours plus grands. La solution proposée dans cette étude est le couplage de deux modélisations : l'approche zonale et l'approche CFD. La première partie du travail effectué est la mise en place d'une modélisation CFD simplifiée. Cette dernière propose des règles d'utilisation de maillages grossiers, une loi de viscosité effective constante et de coefficients d'échange thermique adéquats à la thermo-aéraulique du bâtiment. La seconde partie du travail concerne la création de Macro-Eléments fluides et leur couplage avec un calcul de type CFD volumes finis. En fonction des conditions aux limites du problème, une description locale de l'écoulement moteur est proposée via la mise en place et l'utilisation de lois d'évolution semi-empiriques. Le Macro-Elément est ensuite inséré dans le calcul CFD : les valeurs de la vitesse calculées par les lois d'évolution sont imposées aux cellules CFD correspondants au Macro-Elément. Nous appliquons ces deux approches sur cinq cas tests représentatifs en thermo-aéraulique du bâtiment. Les résultats sont confrontés à des données expérimentales et à des simulations numériques de type RANS traditionnelle. Nous mettons en évidence l'important gain de temps que notre approche permet d'obtenir, tout en conservant une bonne qualité de résultats numériques.