Etude expérimentale de la convection naturelle aux abords de parois contenant des matériaux à changement de phase

par Damien David

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Jean-Jacques Roux et de Frédéric Kuznik.

Soutenue en 2010

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Les parois légères contenant des matériaux à changement de phase (MCP) constituent une solution au manque d’inertie des bâtiments à structure légère. Cependant, aucune valeur du coefficient d’échange convectif aux abords ce type de paroi n’a encore été déterminée afin de permettre la validation numérique de leur efficacité énergétique. C’est pourquoi une étude des échanges convectifs aux abords de parois MCP a été réalisée dans le cadre de cette thèse. La thèse comporte un volet théorique sur le couplage air / paroi en régime instationnaire, et un volet expérimental. Le volet théorique a permis de montrer que la capacité calorifique des parois légères de bâtiment est trop élevée pour que des phénomènes transitoire de type “effet de bord d’attaque" puisse se produire dans la couche limite. Un modèle simple basé sur la méthode de Von-Karmann Polhaussen a été développé afin de quantifier les effets d’une stratification thermique linéaire sur les profils de température à la paroi dans le cas d’une plaque plane verticale avec un flux constant. Le montage expérimental qui a été développé pour cette thèse a pour objectif d’imposer des rampes de température à l’air ambiant. La face arrière des parois test est isolée thermiquement. Le montage a été réalisé à partir de deux demi-caissons qui forment un cube isolé de 2; 4mde côté. 72 thermocouples ont été déployés dans le montage pour déterminer les flux et les températures à la surface de la paroi et dans l’air ambiant. Les mesures de flux à l’aide de fluxmètre présentant des incertitudes trop élevées, un modèle inverse.

  • Titre traduit

    = Experimental study on natural convection near a wall containing phase change material


  • Résumé

    Wallboards containing phase change materials (PCM) can be used to improve the heat storage in lightweight buildings. This solution needs to be validated with building simulations, but the convection coefficient between PCM panels and air is not known. That’s why a study of the convection heat transfer near a PCM wallboard has been achieved during this PhD thesis. The work done during the thesis consisted in a theoretical study of the air / wall coupling during the transient regime, and an experimental study. The theoretical study showed that the heat capacity of building wallboards is too high to consider the transient effects in the boundary layer, such as the leading edge effect. A simple model, based on the Von-Karmann Pohlhausen method, has been developed in order to predict the temperature profiles on a wall with a constant heat flux, in a linearly stratified media. The experimental setup is designed to impose a ramp to the ambient temperature. The back face of the test panel is thermally insulated. The setup has been designed from one insulated 2:4m_2:4m_2:4m box. 72 thermocouples are used to determine temperatures and heat fluxes at the surface of the test panel and in the ambient media. The heat flux values obtained with heat flux meters have shown high measurement errors. That’s why an inverse model has been developed to predict the value of the heat flux leaving homogeneous and PCM panels.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XX-225 p.)

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3604)
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