Etude des transferts de chaleur d'un fluide frigoporteur diphasique à changement de phase liquide-solide

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SOMMAIRENOMENCLATUREINTRODUCTION 201. CONTEXTE INDUSTRIEL 212. LES FLUIDES FRIGOPORTEURS DANS LE DOMAINE DU FROID COMMERCIAL 233. PRESENTATION DE L’ETUDE 25CHAPITRE 1. : FLUIDE FRIGOPORTEUR DIPHASIQUE A CHANGEMENT DEPHASE LIQUIDE SOLIDE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 271.1. DIVERS TYPES DE COUPLES FLUIDE -PARTICULES EN SUSPENSION 291.1.1. TERMINOLOGIE UTILISÉE 291.1.2. PROCÉDÉS DE FABRICATION 301.1.2.1. Les émulsions 301.1.2.2. Les gels 311.1.2.3. La microencapsulation 341.1.3. STABILITÉ DE LA STRUCTURE DES PARTICULES 391.1.3.1. Forces de cisaillement 391.1.3.2. Cycles thermiques 391.1.4. CRITÈRES DE CHOIX DU COUPLE FLUID-EPARTICULES 401.1.5. CARACTÉRISTIQUES DE LA SUSPENSION ÉTUDIÉE 421.1.5.1. Aspect de la suspension 431.1.5.2. Cycles thermiques 441.1.5.3. Conclusion 451.2. COMPORTEMENT RHÉOLOGIQUE 461.2.1. LOI DE COMPORTEMENT 461.2.1.1. Généralités 461.2.1.2. Cas particulier des mélanges diphasiques solide liquide 481.2.2. ECOULEMENT ET PERTES DE PRESSION 561.2.2.1. Pertes de pression régulières 571.2.2.2. Pertes de pression singulières 641.2.2.3. Diminution des pertes de pression 651.2.3. CONCLUSION 671.3. COMPORTEMENT THERMIQUE 681.3.1. COMPORTEMENT AU COURS DU REFROIDISSEMENT 681.3.1.1. Cas idéal 681.3.1.2. Cristallisation et fusion au sein des particules 68111.3.2. PROPRIÉTÉS PHYSIQUES 711.3.2.1. Propriétés des corps purs 711.3.2.2. Propriétés de la suspension 721.3.3. TRANSFERT DE CHALEUR EN RÉGIME LAMINAIRE 771.3.3.1. Rappel sur ...
Publié le : samedi 24 septembre 2011
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NOMENCLATURE
SOMMAIRE
INTRODUCTION 1. CONTEXTEINDUSTRIEL 2. LES FLUIDES FRIGOPORTEURS DANS LE DOMAINE DU FROID COMMERCIAL 3. PRESENTATION DE L’ETUDE
20 21 23 25
CHAPITRE 1.: FLUIDE FRIGOPORTEUR DIPHASIQUE A CHANGEMENT DE PHASE LIQUIDE SOLIDE - ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE -27
1.1. DIVERS TYPES DE COUPLES FLUIDE-PARTICULES EN SUSPENSION 1.1.1. TERMINOLOGIE UTILISÉE 1.1.2. PROCÉDÉS DE FABRICATION 1.1.2.1. Lesémulsions 1.1.2.2. Lesgels 1.1.2.3. Lamicroencapsulation 1.1.3. STABILITÉ DE LA STRUCTURE DES PARTICULES 1.1.3.1. Forcesde cisaillement 1.1.3.2. Cyclesthermiques 1.1.4. CRITÈRES DE CHOIX DU COUPLE FLUIDE-PARTICULES 1.1.5. CARACTÉRISTIQUES DE LA SUSPENSION ÉTUDIÉE 1.1.5.1. Aspectde la suspension 1.1.5.2. Cyclesthermiques 1.1.5.3. Conclusion 1.2. COMPORTEMENT RHÉOLOGIQUE 1.2.1. LOI DE COMPORTEMENT 1.2.1.1. Généralités 1.2.1.2. Casparticulier des mélanges diphasiques solide-liquide 1.2.2. ECOULEMENT ET PERTES DE PRESSION 1.2.2.1. Pertesde pression régulières 1.2.2.2. Pertesde pression singulières 1.2.2.3. Diminutiondes pertes de pression 1.2.3. CONCLUSION 1.3. COMPORTEMENT THERMIQUE 1.3.1. COMPORTEMENT AU COURS DU REFROIDISSEMENT 1.3.1.1. Casidéal 1.3.1.2. Cristallisationet fusion au sein des particules
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29 29 30 30 31 34 39 39 39 40 42 43 44 45 46 46 46 48 56 57 64 65 67 68 68 68 68
1.3.2. PROPRIÉTÉS PHYSIQUES 1.3.2.1. Propriétésdes corps purs 1.3.2.2. Propriétésde la suspension
1.3.3. TRANSFERT DE CHALEUR EN RÉGIME LAMINAIRE 1.3.3.1. Rappelsur les fluides monophasiques 1.3.3.2. Fluidesdiphasiques sans changement de phase 1.3.3.3. Fluidesdiphasiques avec changement de phase 1.3.3.4. Influencede certains paramètres sur les transferts de chaleur
71 71 72 77 77 80 81 83
CHAPITRE 2.: ETUDE THEORIQUE DES TRANSFERTS THERMIQUES DANS UNE SUSPENSION CHARGEE EN MCP87
2.1. EQUATIONS DE BASE89 2.2. MODÈLES90 2.2.1. CHALEUR LATENTE PRISE EN COMPTE PAR UN TERME SOURCES 91 2.2.1.1. Modèlede Charunyakorn et al. (1990)91 2.2.1.2. Modèlede Royon et al. (2000)93 2.2.2. CHALEUR LATENTE PRISE EN COMPTE PAR UNE CAPACITÉ THERMIQUE ÉQUIVALENTE94 2.3. MODÉLISATION97 2.3.1. POSITION DU PROBLÈME97 2.3.2. DÉTERMINATION DU TERME SOURCE99 2.3.2.1. Transfertde chaleur au niveau des particules100 2.3.2.2. Résolution103 2.3.2.3. Application: calcul du terme source S106 2.3.3. TRAITEMENT NUMÉRIQUE107 2.4. LIMITES DU MODÈLE110 2.4.1. EFFETS DES PARTICULES110 2.4.2. PROPRIÉTÉS PHYSIQUES111 2.4.3. CONGÉLATION111 2.4.4. GÉNÉRALISATION DU MODÈLE112 2.5. RÉSULTATS DU MODÈLE112
2.4.2. PROPRIÉTÉS DU FLUIDE 2.4.3. MAILLAGE 2.4.4. CAS DE RÉFÉRENCE 2.5.4.1. Profilde vitesses 2.5.4.2. Profilde concentration 2.5.4.3. Profilde températures 2.4.5. INFLUENCE DE LA VITESSE
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112 113 114 114 114 115 117
2.4.6. 2.4.7. 2.4.8. 2.4.9.
INFLUENCE DE LA TAILLE DES PARTICULES INFLUENCE DE LA CONCENTRATION INFLUENCE DU DEGRÉ DE SURFUSION INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE DE PAROI
CHAPITRE 3.: DISPOSITIF EXPERIMENTAL
3.1. INTRODUCTION 3.2. DESCRIPTION DE LINSTALLATION 3.2.1. CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT 3.2.2. BOUCLE D'ÉTUDE DU MÉLANGE DIPHASIQUE 3.3. INSTRUMENTATION 3.3.1. DESCRIPTION ET ÉTALONNAGE DES DIFFÉRENTS CAPTEURS 3.3.1.1. Capteursde températures 3.3.1.2. Fluxmètres 3.3.1.3. Capteursde débits 3.3.1.4. Capteursde pression 3.3.2. ACQUISITION DE DONNÉES 3.3.3. PROCÉDURE DE DÉMARRAGE 3.4. CONCEPTION DES SECTIONS DESSAIS
3.4.1. ETUDES PRÉLIMINAIRES 3.4.1.1. Choixdes paramètres 3.4.1.2. Choixde l’instrumentation 3.4.2. DIMENSIONNEMENT DE LA PREMIÈRE SECTION DESSAIS 3.4.2.1. Surfaced’échange 3.4.2.2. Canalfroid 3.4.2.3. Canalchaud 3.4.3. DIFFICULTÉS DE RÉALISATION 3.4.3.1. Problèmede perçage 3.4.3.2. Nouveaudimensionnement des micro-canaux 3.4.3.3. Constatd’échec 3.4.4. DEUXIÈME SECTION DESSAIS 3.4.4.1. Géométrie 3.4.4.2. Instrumentation
CHAPITRE 4.: RESULTATS EXPERIMENTAUX ET THEORIQUES
4.1. LIMITES DE LINSTALLATION 4.1.1. PROBLÈME DE TENUE MÉCANIQUE 4.1.2. PROBLÈME THERMIQUE 13
117 120 122 123
125
125 127 127 129 130 130 130 131 132 132 132 133 133 133 133 134 135 136 137 149 154 154 154 157 157 157 158
161
163 163 163
4.1.2.1. Fluxéchangé 4.1.2.2. Conductiondans les thermocouples 4.2. FONCTIONNEMENT EN SIMPLE PHASE
4.2.1. MISE EN ÉQUATION DES FLUX ÉCHANGÉS 4.2.2. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS 4.2.2.1. Grilledes essais 4.2.2.2. Fermeturedes bilans 4.2.2.3. Coefficientd’échange 4.2.2.4. Etalonnagedes fluxmètres 4.3. ETUDE DUNE SUSPENSION AVEC DES PARTICULES CHARGÉES ENMCP
4.3.1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE 4.3.2. ECHANGES THERMIQUES 4.3.2.1. Bilansdans la section d’essais 4.3.2.2. Bilansdans la boucle 4.3.2.3. Energiestockée sous forme latente 4.3.2.4. Interprétationdes résultats 4.3.2.5. Coefficientd’échange
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
14
163 164 166 166 169 169 171 174 179 182 183 184 184 186 188 194 202
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223
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