Etude des performances thermique et hydraulique d'une cellule à effet Joule direct avec jet de fluide : applications aux fluides visqueux et encrassants

par Sami Ghnimi

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels et développement durable

Sous la direction de Jean-François Maingonnat.

Soutenue en 2008

à Compiègne .

  • Titre traduit

    Study of thermal and hydraulic performances of an ohmic heating cell by using fluid jet : applications to viscous and fouling fluids


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  • Résumé

    L'objectif principal de cette étude est de quantifier les performances énergétique, thermique et hydrodynamique d'une cellule ohmique à jet innovante. Ceci pour traiter thermiquement des fluides visqueux et encrassants. Tout d'abord, les bilans de puissance, réalisés en aval et en amont du convertisseur triphasé/monophasé ainsi que celle dissipée dans le jet de fluide, nous ont permis de quantifier les rendements énergétiques de ce nouveau procédé ohmique. Ce travail préliminaire a permis de proposer un modèle, prédisant le temps non-conduit à imposer, pour parvenir à dissiper la puissance thermique requise tout en conservant des rendements énergétiques élevés. Ensuite, au niveau hydrodynamique des essais de visualisation des écoulements dans la cellule ohmique ont permis de mettre en évidence qu'il pouvait, selon la viscosité des fluides et les conditions opératoires, se produire des écoulements secondaires dans le réceptacle de la cellule à jet de fluide. De plus, des mesures de Distribution des Temps de Séjour dans le réceptacle ont montré que celles ci étaient aussi fortement influencées par la viscosité et les conditions opératoires dans le jet de fluide. Deux modèles, constitués d'assemblage de réacteurs idéaux, ont été proposés pour décrire les Distributions des Temps de Séjour obtenues pour certains cas limites. Enfin, au niveau thermique, un modèle mathématique a été développé puis validé, avec des mesures infrarouges, pour prédire la température le long du jet de fluide en fonction des conditions opératoires. Couplé au modèle analytique du profil de vitesse dans le jet, ceci permet à un utilisateur d'obtenir le barème thermique (couple temps-température) subi par le produit dans le jet. Ce travail nous a également permis d'affirmer que le niveau de fluide dans le réceptacle est le paramètre critique de régulation de cette cellule ohmique à jet. Une nouvelle géométrie de cellule ohmique à jet de fluide avec un capteur radar a été développée pour obtenir une détection plus fiable de cette commande et permettre une régulation plus aisée du procédé. Finalement, des essais avec des fluides modèles encrassants dans la nouvelle cellule ohmique à jet ont montré que le dépôt protéique est essentiellement localisé sur l'électrode de masse et qu'il n'a pas d'influence (dans le domaine exploré) sur les performances hydraulique, thermique ou énergétique du procédé. Des essais de comparaison, sur produits réels, laissent présager que ce nouveau procédé ohmique présentait des avantages en termes d'encrassement par rapport aux procédés thermiques traditionnels.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 120 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008 GHN 1759
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