Phénomènes de transport dans les mousses métalliques : approche expérimentale des écoulements monophasiques et liquide-gaz

Transport phenomena in metallic foams : experimental study of single phase and two phase liquid-gas flows

• Auteur / Autrice : Jean-Philippe Bonnet
• Direction : Frédéric Topin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, physique et modélisation. Mécanique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Provence. Section sciences
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Lasseux, Lounès Tadrist
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mostafa Fourar, Michel Quintard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mousses métalliques

Écoulement diphasique

Écoulement monophasique

Écoulement en milieux poreux

Résumé

Les structures tridimensionnelles cellulaires à forte porosité comme les mousses métalliques permettent d'obtenir des gains substantiels en termes d'intensification de transferts de chaleur, de mélanges et de réactions chimiques. Ces matériaux fortement poreux, dont l'utilisation est relativement récente, sont encore mal caractérisés en termes de propriétés de transports et d'écoulement. Les objectifs de ce travail sont la caractérisation des écoulements monophasiques et liquide-gaz dans les mousses métalliques, la compréhension des mécanismes les régissant et enfin la corrélation des résultats à la morphologie des mousses. En écoulement monophasique, deux fluides ont été utilisés : un liquide (eau) et un gaz (air). Nous avons montré que les effets liés à la compressibilité du fluide doivent être pris en compte dès les faibles vitesses. La loi de Forchheimer est la mieux adaptée pour prédire les pertes de pression en écoulement (ReDp 10-10000). Une loi simple reliant les paramètres d'écoulement et la structure de la mousse a été obtenue. La partie diphasique constitue la première étude relative aux écoulements liquide-gaz à co-courant dans les mousses solides. Nous avons établi une base de données conséquente (520 conditions d'écoulement différentes) et confronté nos résultats à différents modèles d'écoulement liquide-gaz. Nous avons montré que tous étaient utilisables en l'état pour effectuer des dimensionnements à des fins industrielles. Cependant, aucun argument ne se dégage objectivement pour privilégier l'un ou l'autre d'entre eux. Nos mesures montrent que la prise en compte simultanée des paramètres fondamentaux que sont le titre, la saturation et le débit masse total, est nécessaire pour progresser vers la compréhension des mécanismes d'écoulement et l'élaboration de modèles plus précis