Transfert de chaleur en proche paroi en dispersion dans un milieu poreux granulaire. Application aux réacteurs en lits parcourus par un fluide gazeux

par Benoît Fiers

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Denis Maillet.

Soutenue le 19-10-2009

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux , en partenariat avec Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Claude Charpentier.

Le jury était composé de Denis Maillet, Jean-Claude Charpentier, Benoît Goyeau, Jean-Christophe Batsale, Gilles Ferschneider, Yvon Jarny.

Les rapporteurs étaient Benoît Goyeau, Jean-Christophe Batsale.


  • Résumé

    Le contrôle thermique des réactions dans les réacteurs à lits fixes nécessite la maîtrise du transfert thermique en proche paroi. Afin d’optimiser leur conception et en particulier de maintenir un chemin réactionnel le plus proche possible de l’isothermicité, un modèle de transfert thermique pertinent dans un tel milieu est indispensable. Deux premières thèses au Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée ont permis de mettre au point un modèle dispersif utilisable à cœur de réacteur. La présente thèse met en évidence un effet de paroi non négligeable causé par la variation de porosité du lit à l’approche de la paroi. Ce travail propose un raccordement du cœur, où le modèle thermique précédent est légitime, à la paroi, par une couche homogénéisée. Cette approche est validée par une caractérisation expérimentale des paramètres du modèle sur un dispositif de laboratoire en utilisant une méthode d’inversion originale reposant sur une approche Bayesienne. Une validation de cette caractérisation dans une géométrie plus proche d’un réacteur industriel est également effectuée

  • Titre traduit

    Heat transfer in the near-wall region of a granular porous media through thermal dispersion. Application to fixed-bed reactors using a gazeous fluid


  • Résumé

    Thermal control for chemical reactions conducted in fixed-bed reactors requires a fine knowledge about heat transfer in the near-wall region of the bed. In order to optimize the process design, to minimize the mass of catalyst that is needed, one must attempt to maintain the operational path of the reactor the closest of the isotherm functioning. A pertinent and reliable heat transfer model is then required. Two thesis were realized in the Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée in order to construct a corresponding dispersive model. This model can be used at the core of the reactor, where the porous medium can be homogenized. This thesis shows a wall effect that cannot be neglected. This wall effect is directly caused by the important variation of the porosity distribution near the wall of the bed. This work proposes a junction between a core layer, where the previous model is still valid, and the wall through an homogenized near-wall layer. This approach is validated by the mean of an experimental characterization of the model parameters, using an original inversion technique based on a Bayesian approach. A validation of this characterization in another geometry is also done. This geometry is closer to an industrial reactor


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