Couplage Fluide – Structure : Analyse des contraintes dans les tôles d’un échangeur

La société PHAREA réalise des simulations numériques pour répondre aux besoins de ses clients. Les simulations numériques menées s’appliquent à la mécanique en général et plus particulièrement à la mécanique des structures, la mécanique des fluides et les transferts thermiques.

L’étude objet de l’exemple ci-dessous, est établie dans le cadre d’une expertise sur la rupture de la soudure d’une plaque tubulaire.

L’échangeur thermique illustré en Figure 1 est un cas d’application courant, souvent même à contre -courant, où l’on peut facilement représenter ses performances thermiques et sa tenue thermomécanique à travers la simulation numérique et le couplage entre les physiques.

Une première simulation en mécanique des fluides numérique (CFD) est menée pour résoudre numériquement, par la méthode des volumes finis, les écoulements et les échanges thermiques afin de déterminer la température dans les fluides et les solides de l’échangeur. L’analyse CFD permet d’illustrer les vitesses et les trajectoires de l’écoulement (Figure 1 et Figure 2). Elle vérifiera les pertes de charge des deux écoulements caloporteurs et les coefficients d’échanges convectifs sur les parois d’échanges.

Le champ de température dans les solides (Figure 3 et Figure 4) issu des résultats de la simulation CFD sera réinjecté dans l’analyse en mécanique des structures par élément fini (FEM).

En mécanique des structures (FEM) un champ de température représentatif sera utilisé pour décrire les déformations et les contraintes dans les solides constituants l’échangeur (Figure 5 et Figure 6).

Figure 5: Déformation des tubes et des plaques tubulaires

Figure 6: Contraintes dans les tubes et les plaques tubulaires

L’étude menée peut concerner plusieurs types d’analyse mécanique selon la nature des propriétés des matériaux, qu’elle soit de type linéaire, bi-linéaire ou multilinéaire.