Etudes thermiques et dynamiques de l’intensification des transferts par vent ionique - Application au procédé de séchage

par Merouane Hamdi

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Pierre-Michel Havet.


  • Résumé

    Le séchage est l’un des procédés les plus énergivores, il requiert de grands volumes d’air pour assurer les transferts de chaleur et de masse désirés. Des solutions innovantes sont recherchées pour augmenter les échanges superficiels tout en minimisant la consommation d’énergie. Dans ce contexte, on s’intéresse à l’amélioration du transfert de chaleur en convection forcée par vent ionique provoqué par décharge couronne. Un banc expérimental est conçu pour analyser dans un premier temps les échanges convectifs sur la paroi inférieure d’un canal. L’écoulement primaire est perturbé par le vent ionique généré par une ou plusieurs électrodes placées transversalement ou longitudinalement. Les configurations optimales (position des électrodes, tension, vitesse d’air…) sont ainsi déterminées en tenant compte de la consommation énergétique et de la répartition des transferts. Dans un second temps, une campagne de mesures par vélocimétrie par images de particules (PIV) est menée sur les configurations sélectionnées. Une étude théorique et expérimentale préalable a permis de choisir le traceur pour la mesure PIV. Les interactions entre les structures tourbillonnaires générées par la combinaison des écoulements secondaire et principal sont ainsi mieux comprises. L’impact de ces structures et des gradients de vitesse sur le transfert thermique local et moyen est évalué. En vue d’une application au séchage, un produit modèle est séché dans des configurations optimales. L’analyse des cinétiques de séchage et des efficacités énergétique et exergétique conforte les résultats de l’étude thermique et démontre l’intérêt du vent ionique associé à un écoulement primaire à faible vitesse.

  • Titre traduit

    Thermal and Dynamic Analysis of Heat Transfer Enhancement due to Ionic Wind - Application to Drying Processes


  • Résumé

    Drying is one of the most energy-intensive industrial process, it requires large airflow rates to ensure the desired heat and mass transfer in the products. Innovative solutions should be considered to increase the surface heat transfer exchange while minimizing energy consumption. In this context, we are interested in the forced convection heat transfer enhancement by the ionic wind produced by corona discharge. An experimental rig is designed specifically for analyzing firstly the convective exchange at the bottom wall in a channel. The primary air flow is disturbed by the ionic wind generated by one or more electrodes placed longitudinally or transversely. Measurements allow the determination of the optimal configurations for electrodes location and operating system (voltage, air velocity ...) taking into account the energy consumption and the heat transfer distribution. Secondly, experiments based on Particle Image Velocimetry (PIV) are conducted on selected configurations. A preliminary theoretical and experimental study was used to select the tracer for PIV measurement. Interactions between the vortices generated by the combination of the secondary flow and the primary air flow are well understood. The impact of these structures and velocity gradients on the local and average heat transfer is evaluated. In an application to the drying, a model product is dried under optimal configurations. The analysis of the drying kinetics and of the energetic and exergetic efficiencies confirms the results of the thermal study and demonstrates the benefit of ionic wind associated with low primary flow velocity.