Étude et modélisation des processus d'humidification et de refroidissement évaporatif par mélange d'un brouillard d'eau dans un flux d'air

par Emilie Powaga

Projet de thèse en Energétique et Procédés

Sous la direction de François Cauneau, Pascal-Henri Bewole et de Mohamad Ibrahim.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Energétique et Procédés (laboratoire) , PERSEE - Centre Procédés, Energies Renouvelables, Systèmes Energétiques (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 17-12-2018 .


  • Résumé

    Le refroidissement ou le rafraichissement des personnes et des biens sensibles (animaux, denrées…) est une problématique qui dépasse le simple champ classique dit du froid industriel, lequel n'offre pas toujours les solutions adéquates (confinement, brulure par le froid, ventilation insuffisante…). Le confort thermique des personnes, à domicile, au travail ou en habitacle automobile conditionne à la fois des questions de santé et d'efficacité, et ce particulièrement dans un contexte climatique tendu (changement climatique, îlots de chaleur urbains…). Parmi les procédés attendus pour leur efficacité énergétique et thermique, les dispositifs basés sur la brumisation par mélange d'un brouillard d'eau dans un flux d'air se placent parmi les plus prometteurs, en particulier par les progrès décisifs qu'ils ont permis d'accomplir dans le domaine de la logistique et de la distribution des denrées alimentaires. Cette expérience de conservation des denrées alimentaires sensibles par brumisation / nébulisation est une technique complexe. Elle est complexe par sa mise en œuvre car la formation d'un écoulement diphasique en conditions stables et stationnaires nécessite un contrôle précis des conditions de départ (stabilité du courant porteur, stabilité de la qualité du liquide de brumisation), puis le contrôle des transferts de chaleur et de masse, dont les transitions de phases, survenant durant le transport de la charge jusqu'au point de son application, et enfin l'anticipation de son efficacité quant aux interactions avec les denrées (flux de chaleur sensible, flux de chaleur latente, échanges hydratants ou évaporatifs). On se propose ici de reprendre, partant de cette expérience et de ce savoir-faire, l'ensemble de ces processus afin d'en accomplir la description, la modélisation et d'en étendre les champs d'application à des problématiques telles que celles décrites précédemment (habitacle automobile, confort de la personne…) Ainsi, en fonction des conditions envisagées (courants d'airs et flux de ventilation, hygrométrie ambiante), et même des mouvements des personnes présentes, tous ces paramètres induisent une variabilité des conditions d'opération dont l'estimation constitue un problème pour l'ingénieur, intéressé par l'établissement de nombres adimensionnels et de règles génériques dans de telles conditions. Cette thèse est donc à la fois sur un sujet de type académique portant sur l'amélioration des connaissances des écoulements diphasiques et de leur aérothermique, et sur un sujet de type sciences pour l'ingénieur portant sur l'identification de variables et de règles génériques permettant d'évaluer les performances en conditions opérationnelles variées, et de proposer des solutions d'améliorations.

  • Titre traduit

    Study and modelling of humidification and evaporative cooling processes by mixing a water mist in an air flow


  • Résumé

    The cooling or cooling of people and sensitive goods (animals, food...) is a problem that goes beyond the simple classical field of industrial refrigeration, which does not always offer adequate solutions (containment, burning by cold, insufficient ventilation...). The thermal comfort of people, at home, at work or in the car, affects both health and efficiency issues, particularly in a tense climate context (climate change, urban heat islands, etc.). Among the processes expected for their energy and thermal efficiency, devices based on the mixing of a water mist in an air flow are among the most promising, particularly for the decisive progress they have made in the field of food logistics and distribution. This experience of preserving sensitive foodstuffs by misting / nebulization is a complex technique. It is complex in its implementation because the formation of a two-phase flow under stable and stationary conditions requires precise control of the starting conditions (stability of the current, stability of the quality of the misting liquid), then the control of heat and mass transfers, including phase transitions, occurring during the transport of the load to the point of its application, and finally the anticipation of its efficiency with regard to interactions with foodstuffs (sensitive heat flow, latent heat flow, hydrating or evaporative exchanges). We propose here to take up, starting from this experience and know how, all these processes in order to complete their description, modeling and extend their fields of application to issues such as those described above (car interior, personal comfort...) Thus, depending on the conditions envisaged (air currents and ventilation flows, ambient humidity), and even the movements of the people present, all these parameters induce a variability in the operating conditions, the estimation of which constitutes a problem for the engineer, interested in establishing dimensionless numbers and generic rules in such conditions.