Etude du transfert thermique dans les milieux poreux anisotropes : application aux isolants thermiques en fibres de silice

par Hervé Thierry Kamdem Tagne

Thèse de doctorat en Énergétique et thermique

Sous la direction de Dominique Baillis.

Soutenue en 2008

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur les travaux effectués sur la modélisation du transfert de chaleur couplé conduction/rayonnement monodimensionnel en régime permanent dans des milieux anisotropes fibreux en situation de symétrie azimutale, soumis à des conditions de flux collimaté ou de températures imposés aux frontières. Il s’articule autour de deux objectifs principaux : (i) modéliser le transfert radiatif dans un milieu anisotrope par un problème équivalent à un milieu isotrope ou/et simplifier l’anisotropie de diffusion dans les milieux anisotropes par l’utilisation de fonctions de diffusion isotrope ou de Henyey - Greenstein ; (ii) étudier la validité de l’hypothèse de milieu isotrope pour l’identification des propriétés radiatives des milieux anisotropes et la correspondance entre les propriétés radiatives des milieux anisotropes et les propriétés radiatives isotropes obtenues par la méthode d’identification. L’analyse numérique du transfert de chaleur par rayonnement dans les milieux fibreux montre qu’un tel milieu anisotrope peut être subtitué pour les besoin de la modélisation par un milieu isotrope équivalent. Dans le cas où le milieu anisotrope est soumis à des températures imposées, les approximations de diffusion isotrope ou de Henyey-Greenstein permettent d’obtenir des solutions précises si les propriétés radiatives du problème isotrope équivalent sont des moyennes pondérées des propriétés radiatives suivant toutes les directions de diffusion ou si le problème radiatif simplifié conserve la nature anisotrope des propriétés radiatives. Ces conclusions ont été validées expérimentalement par une bonne prédiction de la conductivité thermique d’un milieu fibreux constitué de laine de verre. Lorsque milieu anisotrope est sous incidence inclinée, l’utilisation des approximations de diffusion isotrope ou de Henyey-Greenstein sont applicables pour la détermination des propriétés radiatives des milieux anisotropes par la méthode d’identification des paramètres seulement si le milieu est optique épais et purement diffusant. Ces approximations de diffusion ne sont plus adaptées dès lors que le milieu anisotrope est absorbant/diffusant ou optiquement mince à cause du rôle important de la rétro diffusion du milieu. Des fonctions de phase plus complètes sont alors nécessaires. L’identification des propriétés radiatives des milieux anisotropes purement diffusant et optiquement épais en utilisant les hypothèses de milieu isotrope et de diffusion isotrope montre que les propriétés radiatives isotropes équivalentes correspondent aux moyennes pondérées des propriétés radiatives des milieux anisotropes suivant toutes les directions du rayonnement.

  • Titre traduit

    = Thermal heat transfer analysis of anisotropic porous media : application to silica fiber glass thermal insulation


  • Résumé

    This thesis reports our work on the modelling of steady state coup led conductivelrndiative heat transfer in plane anisotropie medium. We have been mainly interested in anisotropie fibrous medium with azimuthally symmetry with incident collimated radiative heat flux or with diffuse imposed temperatures boundaries conditions. The aims of this work are twofotd: (i) to madel the radiative heat transfer problem in an anisotropie medium by an equivalent model to an isotropie medium or/and to simplify the seatteting phase function of anisotropie medium by the use of isotropie or Henyey-Greenstein scattering phase fonctions; (ii) to study the applicability of the equivalent isotropie medium assumption in the identification of radiative properties of anisotropie fibrous medium and the relation between anisotropie radiatives properties and estimated isotropie radiative properties. Numerical analysis of radiative heat transfer through anisotropie fibrous medium shawn that anisotropie medium can be assumed an equivalent isotrop medium. Radiative models using isotropie or Henyey-Greeustein scattering function is sufficient to model radiative heat transfer in anisotropie medium with diffuse temperatures boundaries conditions if the equivalent isotropie radiative properties are weighted mean properties or if the simplified heat transt problem preserves the anisotropie properties of lhe medium. These conclusions ware validated from experimental thermal conductivity of fibrous glass medium. Numerical study of radiative heat transfer in fibrous media under collimated incidence also shows that the use equivalent isotropie medium assumption is applicable for the identification.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (V-217 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin de chaque chapitre. Annexes

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3316)
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