Optimisation topologique des échangeurs de chaleur en régime turbulent avec la méthode des porosités

Cette thèse est consacrée à l'optimisation topologique des échangeurs de chaleur avec la méthode des porosités, en particulier en régime turbulent. Dans un premier temps, la méthode des porosités est adaptée pour la modélisation du transfert thermique conjugué en régime turbulent avec le modèle de Spalart-Allmaras. Ensuite, la méthode de l'adjoint continu est utilisée pour calculer les sensibilités de la fonction objectif et des contraintes aux variables d'optimisation. En particulier, les variations de la viscosité turbulente et de la distance à la paroi associée au modèle de Spalart-Allmaras sont intégrées dans le calcul de la sensibilité.La seconde partie de la thèse est dédiée à l'application de la méthode précédemment développée à la conception optimale de deux configurations d'échangeurs : un échangeur surfacique d'une part et un échangeur compact d'autre part. Les échangeurs surfaciques servent à évacuer la chaleur du circuit d'huile dans le flux secondaire des moteurs d'aéronefs. Les échangeurs compacts sont en général pourvus d'une surface d'échange très importante, rendant l'optimisation d'un échangeur complet hors de portée des moyens de calcul actuels. L'optimisation est donc réalisée sur un motif périodique élémentaire.L'analyse des géométries issues de l'optimisation topologique sur ces deux cas d'application met en lumière certaines limites de la méthode des porosités, en particulier liées à l'absence d'interface fluide-solide bien définie ainsi qu'à l'utilisation d'un unique modèle physique pour décrire les deux phases, mais montre également son potentiel pour générer des géométries performantes sans postuler a priori de l'architecture de la solution, y compris en présence d'écoulements turbulents.