Modélisation et étude numérique d’un écoulement diphasique solide-liquide subissant un changement de phase dans un échangeur de chaleur. : Application aux coulis de glace et stabilisé.

par Tarik El Rhafiki

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Eric Schall, Mimet et de Youssef Zeraouli.

Soutenue en 2009

à Pau en cotutelle avec l'Université AbdelMalek Essaidi, Tetouan, Maroc .


  • Résumé

    Ce travail s'inscrit dans le contexte du stockage et de distribution du froid par chaleur latente. Il traite, d'une manière essentiellement numérique, les écoulements diphasiques avec changement de phase solide-liquide dans un échangeur. Deux types de matériaux à changement de phase ont été testés : coulis de glace et coulis stabilisés. Le coulis de glace est une suspension composée d'une phase porteuse à base d'eau et d'éthanol et d'une phase active composée de particules de glace. Dans le coulis stabilisé, les particules en suspension sont encapsulées et peuvent contenir soit un corps pur ou une solution binaire. Pour modéliser les écoulements du coulis de glace, nous avons choisi une approche couplée : température-fraction de glace, basée sur l'hypothèse d'un équilibre thermodynamique entre les phases solide et liquide. Les résultats issus du modèle et de l'expérience sont en bon accord. Ils permettent d'estimer d'une manière précise le coefficient d'échange thermique local le long d l'échangeur. Dans le cas du coulis stabilisé, nous avons proposé un modèle physique homogène 2D décrivant l'écoulement en tenant compte des transferts thermiques, avec changement de phase, au cours d'un réchauffement (fusion d'un corps pur et d'une solution binaire( ou d'un refroidissement (cristallisation d'un corps pur). Le modèle permet de déterminer le coefficient d'échange thermique entre le mélange diphasique et la paroi de l'échangeur. Enfin, nous avons développé un modèle à deux phases basé sur une approche Eulérienne. Celui-ci introduit les couplages entre les deux phases pour décrire les différents mécanismes de transferts de masse, de quantité de mouvement et d'énergie. Il offre de larges possibilités permettant en particulier d'étudier l'effet des interactions entre les phases liquide et solide sur l'écoulement et les transferts thermiques au sein de la suspension.


  • Résumé

    This study is in the field of the cold storage and distribution by latent heat. It deals, mostly numerical with two-phase flows undergoing solid-liquid phase changes inside an exchanger. Two types of phase change materials were tested : ice and stabilized slurry. The ice slurry is a suspension composed of a carrier phase-based water and ethanol and an active phase consisting of ice particles. In the stabilized slurry, the suspended particles are encapsulated and can contain either a pure or binary solution. The ice slurry flow was modelled by assuming a thermodynamic equilibrium between the solid and liquid phases allowing for coupling between the temperature and the ice fraction. The results of simulations proved to be in good agreement with the experimental data obtained in parallel. In the case of the stabilized slurry, a model was proposed to describe the homogeneous flow in a 2D configuration. This model took into account the heat transfer including the phase change related effects. The cases of either heating (melting of a pure or binary solution) or cooling (crystallization of a pure substance) were performed. The model allows to determine the heat transfer coeffcient between the binary mixture and the exchanger wall. Finally, a two-phase model based on an Euler-Euler approach was developed. The last one described different mechanisms such as : mass, momentum and energy transfer between the two phases. It also offered the possibility to study the effect of the binary mixture on the heat transfer near the exchanger wall.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-188 p.)
  • Annexes : Bibliographie p.179-188

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  • Bibliothèque : Université de Pau et des Pays de l'Adour. Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : US 467463
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