Fig 1 - uploaded by Marc Olivier Abadie
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Source publication
The objective of this work is to evaluate the quality of the zonal airflow predictions compared to those provided by computational fluid dynamics (CFD) tools for an isothermal airflow induced in a room by a linear ceiling diffuser. This comparative analysis was conducted for a typical rectangular office designed for two people, considering two diff...
Contexts in source publication
Context 1
... zonal and CFD predictions has been carried out for the airflows corresponding to two arrangements of the office space. In the first one (called Configuration 1), two blocks of 0.3 m length, 0.25 m width and 1.7 m height were positioned asymmetrically inside the room without obstructing the flow in the planes containing the jets, as illustrated in Fig. ...
Context 2
... to Fig. 9: a) the airflow outside the jet region is under predicted by the zonal method even when the CFD airflow is imposed on the jet zone, b) the airflow in the xy-plane region between the outlet and the main recirculation predicted by the zonal approach is in the opposite direction of that predicted by CFD, and c) the main recirculations in both planes are not well represented by the zonal method. Figure 10 presents the median, mean, maximal, minimal, and the 1st and 3rd quartiles of the relative difference between the mean velocities on the fictitious surfaces of the control volume of the zonal grids predicted by zonal and CFD-RANS (k-) approaches for the two arrangements of the room. It also presents the same statistics for the difference between CFD-LES and CFD-RANS (k-) results for Configuration 1. ...
Context 3
... mentioned earlier, Fig. 10 shows that the relative differences of mean velocity on the fictitious surfaces of all standard zones between the two CFD models are insignificant for the two zonal grids used to simulate Configuration 1. Fig. 9 Velocity field calculated at the zone's interfaces for Configuration 2 ( mesh grid 7 × 3 × 7) Fig. 10 Relative differences of ...
Context 4
... mentioned earlier, Fig. 10 shows that the relative differences of mean velocity on the fictitious surfaces of all standard zones between the two CFD models are insignificant for the two zonal grids used to simulate Configuration 1. Fig. 9 Velocity field calculated at the zone's interfaces for Configuration 2 ( mesh grid 7 × 3 × 7) Fig. 10 Relative differences of the mean velocities on the interfaces of the zonal ...
Context 5
... accordance with the qualitative analyses, Fig. 10 indicates that the differences between zonal and CFD- RANS (k-) calculations are not significantly reduced in the region with weak momentum by imposing the CFD airflow in the jet region. It can be implied from this that the modified 2D jet model presented in Section 3.1.2 (Eq. (8)) represents adequately the jet airflow produced by the ...
Context 6
... addition, Fig. 10 shows that all statistics increase with the mesh refinement, in conformity what was observed before. Since viscous effects are not included in the formulation of standard cells, the airflow is distributed among the cells based on the difference of pressure, which, as remarked by Axley (2001), is physically inconsistent. Figure 10 also ...
Context 7
... viscous effects are not included in the formulation of standard cells, the airflow is distributed among the cells based on the difference of pressure, which, as remarked by Axley (2001), is physically inconsistent. Figure 10 also indicates that the differences found for Configuration 2 are higher than those for Configuration 1 with the coarser grid. It was expected that the presence of furniture would guide the flow and limit the errors due to the lack of viscous effects on the zonal approach. ...
Context 8
... the intention to get an idea of the magnitude of the differences presented in Fig. 10, the relative errors, between different zonal models, coarse grid, FFD (fast fluid dynamics) and CFD-RANS (k-) and experimental results, obtained by Abadie et al. (2012) for the 2D isothermal test case of Annex 20 (Nielsen 1990) are reproduced in Fig. 11. Note, however, that the relative errors in this figure were recalculated ...
Context 9
... the intention to get an idea of the magnitude of the differences presented in Fig. 10, the relative errors, between different zonal models, coarse grid, FFD (fast fluid dynamics) and CFD-RANS (k-) and experimental results, obtained by Abadie et al. (2012) for the 2D isothermal test case of Annex 20 (Nielsen 1990) are reproduced in Fig. 11. Note, however, that the relative errors in this figure were recalculated considering a reference velocity of 0.25 m/s instead of 0.455 m/s (inlet velocity), which was used in the original article. A brief description of the models compared in Fig. 11 and the corresponding references are given in Table 1. Comparing Figs. 10 and 11, one ...
Context 10
... et al. (2012) for the 2D isothermal test case of Annex 20 (Nielsen 1990) are reproduced in Fig. 11. Note, however, that the relative errors in this figure were recalculated considering a reference velocity of 0.25 m/s instead of 0.455 m/s (inlet velocity), which was used in the original article. A brief description of the models compared in Fig. 11 and the corresponding references are given in Table 1. Comparing Figs. 10 and 11, one notes that the mean and median differences found for the coarser grid of Configura- tion 1 (Zonal_8_2_9) and Configuration 2 (Zonal_7_3_7), are close to those from the same model (ZONAL/JET/CD= 0.45) for the Annex 20 test case, about 0.1. ...
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Analytical and numerical solutions of the linearized rotating shallow water equations are combined to study the geostrophic adjustment on the midlatitude β plane. The adjustment is examined in zonal periodic channels of width Ly=4Rd (narrow channel, where Rd is the radius of deformation) and Ly=60Rd (wide channel) for the particular initial conditi...
In this paper, we study the origin of eddy-memory effects in a weakly nonlinear regime of a baroclinically unstable zonal ocean flow in a zonal channel. In this weakly nonlinear regime, the memory kernel can be analytically derived in case of an externally imposed time-dependent wind-stress forcing. Here, the memory arises because it takes a finite...
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Citations
... Mais, d'autres approches comme la CFDgrossière (Coarse-grid CFD) ou la FFD (Fast Fluid Dynamics) ont été également explorées [112]- [114]. L'approche zonale a été développée dans le but de réduire les temps de calcul de l'approche CFD tout en accédant à une information quant à la distribution de l'écoulement d'air, de la température et de la concentration en polluants à l'intérieur d'une pièce voire d'un bâtiment [115]- [121]. Le principe consiste, sur un volume considéré, de découper ce dernier en plusieurs sous-volumes (généralement une dizaine) et de résoudre dans ces sous-volumes les équations de conservation de la masse et de l'énergie. ...
Les sites pollués (sol ou eaux souterraines) représentent un potentiel de risque pour la santé humaine et l’environnement. Il existe des outils d’aide à la gestion, en complément des mesures in-situ, qui permettent d’estimer rapidement et à moindre coût les risques sanitaires associés à l’exposition des polluants gazeux du sol dans les espaces intérieurs afin d’établir des mesures de prévention et/ou correction. Cependant, et malgré leur intérêt, il a été montré dans la littérature qu’il existe des différences importantes entre les concentrations intérieures mesurées et les estimations des outils existants. Ces incertitudes reposent principalement sur trois aspects : une mauvaise caractérisation du site, une modélisation incomplète des voies et mécanismes de transfert, ou bien du fait de négliger l’influence de certains paramètres sur le transfert. Par exemple, le fait de négliger la latéralité de la source reste une explication plausible des limites des modèles classiques de transfert. Les auteurs conviennent que la migration latérale joue un rôle important sur l’atténuation de la concentration intérieure en polluant, contrairement aux scénarios de source homogène ou continue, où les vapeurs migrent uniquement de manière verticale vers le bâtiment. Ainsi, lorsque la source est latéralement décalée vis-à-vis du bâtiment, les vapeurs vont migrer préférentiellement vers l’atmosphère et moins vers le bâtiment générant une atténuation plus importante de la concentration intérieure. Dans ce contexte, l’objectif principal de ces travaux de thèse est la contribution à l’amélioration des outils d’aide à la gestion afin d’élargir leur plage d’application. Pour ce faire, des nouveaux modèles ont été développés permettant de tenir compte de la latéralité de la source dans l’estimation de la concentration intérieure en polluant. Le développement de ces modèles est réalisé à partir de l’expérimentation numérique et l’analyse adimensionnelle sur la base des outils existants (modèles semi-empiriques construits en considérant une source continue). La combinaison de ces deux approches permet d’une part, de garder la capacité des modèles source continue de tenir compte des propriétés physiques du sol (perméabilité, coefficient de diffusion, …) et des caractéristiques du bâtiment (typologie de soubassement, dépression, volume, …), et d’une autre part, de mieux préciser la position de la source dans le sol en considérant l’influence de sa latéralité dans les estimations. Ces nouveaux modèles ont été issus d’une analyse comparative permettant de vérifier la cohérence et la précision des estimations vis-à-vis d’un modèle numérique (CFD), de données expérimentales et de modèles existants dans la littérature. Finalement, ces expressions ont été intégrées dans un code de ventilation (MATHIS-QAI) permettant de mieux préciser les caractéristiques des environnements intérieurs (système de ventilation, perméabilité à l’air de l’enveloppe, volume du bâtiment, …) et de réaliser des estimations des niveaux de concentration en fonction des variations temporelles (vitesse du vent, température extérieure, …) au cours du temps. À partir d’une étude paramétrique il a été montré que malgré l’impact non-négligeable des caractéristiques du bâtiment, l’influence de la latéralité de la source sur l’atténuation de la concentration intérieure en polluant reste prédominante (atténuation de plusieurs ordres de grandeur quand la source est décalée latéralement du bâtiment en comparaison à une source continue). Cependant, préciser les caractéristiques du bâtiment (soubassement, système de ventilation, perméabilité à l’air de l’enveloppe,…), ainsi que les conditions météorologiques uniques de chaque projet de construction, permet d’augmenter la précision des estimations en évitant la mise en œuvre de solutions extrêmes ou bien encore, de mesures inadaptées.
... Les atouts de l'approche zonale sont le couplage des systèmes avec l'ambiance ambiance, le traitement des grands volumes, l'estimation du confort thermique et, plus récemment, la qualité de l'air (Abadie et al., 2012 ;Mendonça et al., 2014) avec des temps de calcul et des ressources informatiques raisonnables pour des analyses sur de longues périodes. La limitation principale de cette méthode est qu'elle demande la connaissance a priori des écoulements dominants et donc une certaine expertise de l'utilisateur. ...
Si nous n’amoindrissons pas l’importance de la qualité de l’air extérieur (en particulier dans les zones à trafic routier important, dans les zones à proximité de sites industriels…) ou dans les transports (comme les espaces confinés souterrains) dans l’exposition des personnes aux polluants de l’air, la prise en compte de l’exposition aux polluants des occupants dans leurs logements est primordiale puisque les gens y passent en moyenne autour de 80% de leur temps. La première étape de ce travail a consisté à définir tout d’abord un nombre réduit de polluants à considérer à l’intérieur des logements par un processus de hiérarchisation consistant à comparer les niveaux d’exposition aux différents polluants par rapport à leurs valeurs sanitaires de référence. L’analyse des indices mono et multi polluants existants nous a permis d’aboutir à la définition d’un nouvel indice multi polluants, nommé ULR-QAI, qui a été utilisé comme indicateur principal dans la suite de l’étude. Le deuxième chapitre était quant à lui dédié au développement de l’outil numérique nécessaire à reproduire les situations diverses et variées qui peuvent être rencontrées dans les logements. L’objectif était ici de reproduire le transport des polluants de l’air extérieur vers l’intérieur, les sources intérieures de polluants ainsi que les phénomènes physiques essentiels (transferts de polluants entre les différentes pièces d’un logement, variation de l’humidité relative de l’air, dépôt de particules, filtration…) pour l’évaluation des niveaux de concentration des polluants cibles définis dans le chapitre précédent. Ainsi, un environnement de simulation hygrothermique, aéraulique et de QAI a été construit par couplage des logiciels TRNSYS et CONTAM. Enfin, une analyse des éléments impactant la QAI des logements a été développée dans le dernier chapitre. Le but ici n’était pas uniquement d’observer l’influence de certains paramètres mais bien de quantifier et de hiérarchiser, à travers le calcul de l’indice ULR-QAI, les polluants, leurs sources, les systèmes ainsi que les actions pouvant être entreprises par les occupants pour améliorer la QAI de leurs logements.
... Dans le cadre du projet VAICTEUR AIR² (projet pour concilier l'efficacité énergétique et la qualité de l'air d'un bâtiment-lieu de vie), des modèles zonaux de transferts aérauliques et de polluants ont été développés sous TRNSYS, un environnement de simulation thermique dynamique appliquée au bâtiment, permettant de simuler au sein d'une pièce les champs de concentrations en particules et composés gazeux Mendonca et al., 2012 ;Mendonca et al., 2014). D'autres outils utilisent cette approche, comme simSPARK, BPS tool et IDA ICE (Georges et al., 2019). ...
Connaître la Qualité de l’Air Intérieur (QAI) d’une ambiance est nécessaire pour répondre aux enjeux sanitaires et socio-économiques, liés à l’occupation des bâtiments, qui intéressent aussi bien le domaine public que le domaine privé. Les moyens de mesures de référence, généralement contraignants et coûteux, ne peuvent apporter, à eux seuls, une réponse aux besoins d’information QAI à grande échelle. Cette thèse s’intéresse à l’emploi de deux méthodes alternatives dans ce contexte, qui sont la modélisation et la mesure à bas coût, avec pour objectifs de lever certains freins à leur déploiement. Dans un premier temps, ce manuscrit décrit les développements numériques effectués afin d’enrichir une bibliothèque QAI de modélisation nodale, initiée à EDF R&D. Ceux-ci concernent principalement la modélisation de l’humidité et du dépôt particulaire au sein des ambiances intérieures. Afin d’évaluer la pertinence des choix effectués, ils ont fait l’objet d’un travail de validation par confrontation à des solutions analytiques, à des données expérimentales et à d’autres outils de modélisation. Une des problématiques majeures de ce type de modélisation est le choix des données d’entrée. Celui-ci peut avoir un impact important sur les résultats fournis par la modélisation et la question de leur représentativité se pose. La modélisation de différents cas d’étude monozones ou multizones, des secteurs résidentiel et tertiaire, a mis en évidence les avantages et les limites de l’outil développé vis-à-vis de la qualité des prédictions des concentrations en polluants gazeux et particulaires. Une analyse de sensibilité a permis d’identifier les paramètres clefs responsables de l’incertitude du modèle pour différentes configurations. Dans un second temps, une méthode innovante de mesure des particules, associant plusieurs compteurs de particules à bas coût avec un fonctionnement en nappe, a été développée. Celle-ci a permis de s’attaquer aux problématiques de fiabilité des données et de limite de détection de ces capteurs à bas coût. La conception de prototypes et l’application de la méthode au sein de différentes ambiances ont donné des résultats encourageants. Plusieurs pistes sont alors proposées afin de généraliser et de valider la robustesse de l’approche.
