MODRAY

Modélisation du rayonnement thermique 2D/3D entre surfaces opaques à émission et
réflexion isotropes en milieu transparent ou participant

Contexte
Description du logiciel
Structure informatique
Exemples d'application
Contacts

Contexte

MODRAY a été développé au Centre d'Energétique de l'Ecole des Mines de Paris. Il permet la modélisation des échanges radiatifs 3D entre surfaces planes, opaques, grises et diffuses, par le calcul des facteurs de forme puis des facteurs de transfert.

Description du logiciel

Basé sur des techniques numériques spécifiques et qui permettent d'améliorer la fiabilité, la précision et les temps de calcul, Modray permet donc de calculer successivement :

• les facteurs de forme dépendant de la géométrie du système discrétisée sous forme de facettes planes, par la méthode des flux plans (avec prise en compte de "parties cachées") ;
• les facteurs de transfert prenant en compte les réflexions diffuses multiples, par la méthode des revêtements.

Ce type de modèle permet d'intégrer facilement les échanges radiatifs dans des modèles thermiques globaux incluant d'autres phénomènes, notamment la conduction et la convection.

Dans sa version actuelle, MODRAY peut effectuer des calculs que l'on peut répartir en quatre catégories :

• modélisation du rayonnement dans une enceinte constituée de surfaces opaques, grises et diffuses en émission et en réflexion et baignant dans un milieu non participant ;
• modélisation du rayonnement dans une enceinte constituée de surfaces opaques, grises et diffuses en émission et en réflexion et baignant dans un milieu absorbant isotherme ;
• modélisation du rayonnement dans une enceinte constituée de surfaces opaques, grises et diffuses en émission et en réflexion et baignant dans un milieu absorbant anisotherme découpé en plusieurs zones volumiques ;
• calcul de la répartition du rayonnement solaire direct et diffus incident sur une enceinte comprenant des surfaces transmissives et baignant dans un milieu non participant ;

Domaines d'application

Les applications potentielles sont nombreuses et concernent les systèmes pour lesquels il est nécessaire de tenir compte des échanges radiatifs entre surfaces opaques. Ce peut être le cas des "enceintes industrielles" comme les fours (métallurgiques ou autres), les enceintes de trempe au gaz, ..., mais aussi celui de systèmes thermiques très divers, tels les meubles frigorifiques, l'habitacle ou le compartiment moteur d'un véhicule, les satellites, ...

Les résultats issus de MODRAY se présentent sous format texte et peuvent être utilisés comme données d'entrée de calculs couplés avec transferts conductifs et convectifs, dynamique des fluides ...

Structure informatique

Il existe actuellement deux versions de MODRAY disponibles au CENERG:

• Une version console, pouvant être exécutée sur station de travail Unix et sur PC, composée de 2 modules exécutables distincts :
  - un mailleur
  - un module de calcul
  L'utilisateur doit au préalable décrire dans un fichier texte la géométrie du modèle sous un format prédéfini. Le premier module peut alors être lancé en prenant comme argument le nom du fichier de géométrie. Un deuxième fichier texte recueille les résultats du maillage qui est utilisé comme fichier d'entrée par le module de calcul des facteurs de formes. Le maillage peut être effectué avec un autre outil de CAO, le fichier de maillage devra être mis en forme pour être lu par le module de calcul de Modray.
  
  
• Une version interfacée, interactive (figure 1), qui était prioritairement destinée à une utilisation sous Windows, a été développée en C++ sous l'environnement MS Visual C++.
  Cependant elle pourra être portée ultérieurement sous un autre système d'exploitation, notamment UNIX, puisqu'elle utilise la librairie multi-plateformes wxWindows. Cette version permet la visualisation graphique d'évolutions de sortie ainsi que le dessin d'isovaleurs de température. Cette version se caractérise par un modeleur 3D permettant de s'affranchir de l'étape de construction "manuelle" de la géométrie. Ce dernier peut être intégré à d'autres logiciels nécessitant l'emploi d'une architecture 3D.
  Plus précisément, cette version permet à l'utilisateur d'effectuer la construction de la géométrie et le maillage des éléments de manière visuelle par de simples opérations de la souris et du clavier. Cette version encapsule en outre le module de maillage de MODRAY et constitue un post-processeur pour le module de calcul des facteurs de forme.

Exemples d'application

Contacts

Maroun Nemer
Mines ParisTech
Centre Energétique et Procédés- Etablissement de Paris
5 rue Léon Blum, 91120 Palaiseau
Tél (1) 69 19 42 38 - Fax (1) 69 19 45 09
e-mail : maroun.nemer@mines-paristech.fr