Etude experiementale de transferts et des conditions d'equilibre a l'interface de changement d'etat d'un materiau binaire

• Auteur / Autrice : Sandrine Geoffroy
• Direction : Christine Benard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Cette etude concerne l'analyse de l'influence des ecoulements de convection naturelle thermosolutale sur le changement de phase liquide-solide d'une solution saline hypoeutectique. Des experiences de fusion (front plan) d'une paroi verticale de glace dans un melange na 2co 3-h 2o au sein d'une cavite differentiellement chauffee ont mis en evidence, par des mesures locales de temperature et de vitesse du front, le couplage entre la structure de la phase fluide, les conditions d'equilibre thermodynamique au front et les transferts locaux de chaleur et de masse a l'interface. Notamment, nous avons montre que le deplacement de l'equilibre au front est correle au parametre caracteristique du changement de phase (le nombre de stefan) tandis que dans les zones convectives, le transfert de chaleur local a l'interface est independant du nombre de stefan mais est correle au nombre de rayleigh solutal. Nous avons ensuite realise des experiences de solidification (front dendritique) d'un melange nh 4cl-h 2o sur un echangeur plan place horizontalement dans une cavite. Nous avons etudie qualitativement le cas ou la phase fluide est le siege de mouvements convectifs generes par le processus de solidification. Lorsque la phase fluide reste au repos, nous avons analyse quantitativement par des mesures de la temperature du front et de la fraction solide du materiau forme, les effets couples du rejet de solute et de la fraction solide sur le deplacement de l'interface. Un modele simple a confirme le faible role joue par ces deux phenomenes, pour la gamme de parametres caracteristiques etudiee. Deux effets antagonistes de la fraction solide ont neanmoins ete mis en evidence. Une diminution de la fraction solide a pour effet d'accelerer dans un premier temps l'interface de solidification lorsque le processus est domine par le flux de chaleur provenant de l'echangeur, puis de freiner cette interface lorsque les flux de chaleur cote fluide deviennent preponderants.