Transfert thermique pour fluides non-newtoniens : cas du refroidissement de fluides de Herschel-Bulkley : aspects instationnaires

Thermal transfer for non-newtonian fluids : case of the cooling of Herschel-Bulkley fluids : transient aspects

• Auteur / Autrice : Koroush Javaherdeh
• Direction : René Devienne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Transfert de chaleur

Refroidissement

Solidification

Mots clés libres

Fluide non-newtonien

Fluide viscoplastique

Transfert chaleur

Convection forcée

Simulation numérique

Résumé

Nous nous proposons d'effectuer une étude numérique et expérimentale du refroidissement avec changement de phase, en régime instationnaire. Nous déterminons les lois de l'écoulement et du transfert de chaleur, pour des fluides non-newtoniens thermodépendants à seuil. Ces fluides s'écoulent dans une conduite cylindrique horizontale, refroidie à la paroi par l'écoulement externe tel que coefficient d'échange convectif soit uniforme. Nous nous intéressons aux fluides viscoplastiques dont le comportement peut être modélisé par la loi de Herschel-Bulkley. D'un point de vue numérique, nous avons utilisé deux formulations (ω-Ψ) et (u-v-p) pour résoudre les équations gouvernant le problème. La similarité des résultats obtenus nous a permis de privilégier la formulation (u-v-p). De plus, nous avons mis en évidence l'incidence de divers paramètres sur la structure du champ dynamique et sur le transfert de chaleur. Sur le plan expérimental, nous avons utilisé une boucle d'essais fonctionnant en circuit fermé, Au cours de nos essais nous avons mesuré divers paramètres tels que: débits, températures et épaisseur du dépôt solide. Pour obtenir une caractérisation rhéologique précise de notre produit, nous avons utilisé un rhéomètre à contrainte imposée. Notre recherche nous a permis de mettre en évidence l'influence du coefficient d'échange externe (h∞), de la température du fluide réfrigérant (T∞), de la température d'entrée du fluide de travail (Te) du débit (Q), du paramètre de thermodépendance (bk ) sur les champs thermique et dynamique et d'établir des corrélatons pour le coefficient de frottement et le nombre de Nusselt.

We present here a numerical and experimental study of cooling with phase change taking account of time evolution. We have determined the dynamical and the heat transfer laws for non Newtonian thermodependent yield stress fluids in laminar regime, flowing through cylindrical duct. These thermodependant fluids are subjected to an external cooling with a constant heat transfer coefficient. We are interested in viscoplastic products for which the comportment law may be modelized by the formula. To solve numerically the governing equations, we have used (ω-Ψ) and (u-v-p) formulations. The similarity of the results permits to privilege the (u-v-p) formulation. Experimentally, we have used a closed test loop to determine different parameters like: flow rate, wall temperatures, thickness of solid deposit. A stress controlled rheometer was used to obtain a precise determination of the rheological behaviour. Our research permits to point out the influence of: the external heat transfer coefficient (h ∞), the temperature of cold fluid(T∞), the temperature of the fluid at inlet (Te) the flow rate (Q) and also of the thermodependancy parameter (bk ) on the thermal and dynamical fields.