Conductivité thermique apparente des milieux granulaires soumis à des contraintes mécaniques : modélisation et mesures

Président Najib Laraqi

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• mémoire

1 N° d'ordre : 2326 Thèse présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : TYFEP Spécialité : ENERGETIQUE& GENIE DE PROCEDES Par M. MOHAMED FILALI Titre de la thèse Conductivité thermique apparente des milieux granulaires soumis à des contraintes mécaniques : modélisation et mesures Soutenue le 24 Février 2006 devant le jury composé de : M. NAJIB LARAQI Président M. ALAIN DE RYCK Directeur de thèse ABDERRAHMANE BAÏRI Rapporteur PIERRE TCHEROLOFF Rapporteur BRUNO LADEVIE Membre OLIVIER FUDYM Membre

• mpa


• école de mines d'albi


• conductivités thermiques


• transfert thermique dans le fluide


• ryck directeur de thèse


• conductivité thermique de la phase solide

Sujets

• Mémoire
• Institut national polytechnique de Toulouse

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 février 2006
• Nombre de lectures: 115
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2326








Thèse


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE



École doctorale : TYFEP

Spécialité : ENERGETIQUE& GENIE DE PROCEDES


Par M. MOHAMED FILALI



Titre de la thèse Conductivité thermique apparente des milieux granulaires
soumis à des contraintes mécaniques : modélisation et mesures


Soutenue le 24 Février 2006 devant le jury composé de :


M. Président NAJIB LARAQI

M. ALAIN DE RYCK Directeur de thèse
ABDERRAHMANE BAÏRI Rapporteur
PIERRE TCHEROLOFF Rapporteur
BRUNO LADEVIE Membre
OLIVIER FUDYM
Membre



1








A mes parents…
2
Remerciements

Le travail présenté dans ce mémoire à été effectué au Laboratoire
métrologie thermique de l’école des mines d’Albi Carmaux.
Je tiens à exprimer toute ma gratitude et ma reconnaissance à Alain De
Ryck, mon directeur de thèse, à Bruno Ladevie, et à Olivier Fudym, mes encadrants,
pour avoir encadré ce travail.
Mes vifs remerciements vont aussi à Monsieur Pierre Tchoreloff, professeur
à l’université paris 11, ainsi qu’à monsieur Abderahmane Baïri, Professeur à
l’université paris 10, pour avoir accepté d’être rapporteurs de ce travail.
Je remercie également, Monsieur Najib Laraqi, Professeur à l’université
paris 10, qui ma fait l’honneur de présider ce jury de thèse.
Je tiens tout particulièrement à remercier Monsieur Denis Marty (notre big
technicien), pour sa participation à ce travail.
Enfin je tiens à remercier mes collègues de bureau : David, Noureddine,
Nadia, Jocelin, Idriss. Un grand merci aux personnes du laboratoire LGPSD de
l’école de mines d’Albi, pour leur accueil chaleureux et leur soutien.
3 Nomenclature

Les notations ci-après définies sont communes à l’ensemble de ce travail. D’autres, à
utiliser beaucoup plus locale, sont, au fur et à mesure, définies dans le texte.

Alphabet Latin
-1
A : Paramètre (pente) de l’équation de Heckel MPa
B : paramètre (origine) de l’équation de Heckel
D : Diamètre du cylindre (Silo) m
D : Diamètre des particules m p
E : Module de Young MPa
F : Force N
G : Module de cisaillement MPa
Q : Flux thermique W
R : Résistance thermique k/w
P : Pression P (MPa)
3
V : Volume m
2 -1
a : diffusivité thermique m s
-2g : Accélération de la pesanteur m s
k : Coefficient de transmission des forces
n : Nombre de contact par particule
r : Rayon d’une particule m p
Symboles Grecs
: Porosité du lit granulaire
: Densité relative
: Coefficient de poisson
: Contrainte uniaxiale MPa
: Contrainte tangentielle MPa
-3
: Masse volumique kg m
: Conductivité thermique apparente du milieu granulaire W/mK app
: Conductivité thermique de la phase solide W/mK s
: Conductivité thermique du fluide à la pression atmosphérique W/mK f
4
lnetsrall : Angle de contact
: Angle limite du transfert thermique dans le fluide
5
qyTable de matière
Nomenclature .......................................................................................................................................4
Table de matière...................................................................................................................................6
Introduction générale ...........................................................................................................................9
1. Chapitre 1 : Compression, les apports de la mécanique des milieux granulaires ......................12
1.1 Introduction........................................................................................................................12
1.2 Généralités sur les milieux poreux.....................................................................................14
1.2.1 Définition des poudres/milieu granulaire...................................................................14
1.2.2 La porosité..................................................................................................................15
1.2.3 La distribution des dimensions de grains et de pores.................................................15
1.3 Compression des milieux granulaires ................................................................................16
1.3.1 La compressibilité......................................................................................................18
1.3.2 Mécanismes de la densification .................................................................................19
1.3.3 Evolution du réseau poreux........................................................................................21
1.3.4 Equation décrivant la densification des milieux granulaires .....................................21
1.3.4.1 Equation de Heckel ................................................................................................21
1.3.4.2 Equation de Kawakita-Lüdder (1970 )...................................................................22
1.3.4.3 Equation de Cooper-Eaton [26] .............................................................................23
1.3.4.4 Equation de Gonthier[25].......................................................................................24
1.3.4.5 Conclusion partielle ...............................................................................................25
1.3.5 Frottement/loi de contact ...........................................................................................25
1.4 Caractérisation mécanique des poudres : calcul des contraintes mécaniques....................27
1.4.1 Eléments de mécanique des milieux continus pour les milieux granulaires..............28
1.4.2 Les cercles de Mohr ...................................................................................................28
1.4.3 Calcul des contraintes mécaniques dans un milieu granulaire...................................30
1.4.3.1 Equation de Janssen [32]........................................................................................30
1.4.3.2 Méthode des éléments finis pour les calculs des contraintes .................................34
1.4.3.3 Méthode des éléments discrets pour les calculs des contraintes............................34
1.5 Caractérisation mécanique de la poudre après compression..............................................35
1.5.1 Module de Young apparent........................................................................................35
1.5.1.1 Mesure par flexion 3 points/4 points......................................................................35
1.5.1.2 Mesure par extensomètre .......................................................................................36
1.5.1.3 Mesure par ultra-son ..............................................................................................36
1.5.1.4 Mesure par micro indentation ................................................................................36
1.5.1.5 Calcul du module de Young en fonction de la porosité.........................................36
1.5.2 Coefficient de poisson................................................................................................37
1.5.3 contraintes de rupture.................................................................................................38
1.6 Conclusions........................................................................................................................38
2. Chapitre 2 : Transferts thermiques dans les milieux poreux, méthodes de mesures de la
conductivité thermique.......................................................................................................................40
2.1 Introduction........................................................................................................................40
2.2 Généralités : équation de la chaleur ...................................................................................42
2.3 Méthodes de mesures de la conductivité thermique ..........................................................43
2.3.1 Les méthodes en régime stationnaire.........................................................................44
2.3.2 Les méthodes instationnaires .....................................................................................46
2.3.2.1 Méthode du fil chaud .............................................................................................46
2.3.2.2 Méthode du Hot Disk [61] .........................................................