Contributions à l'étude du changement de phase liquide-vapeur en milieux poreux : simulations numériques sur réseaux de pores

Contributions to the study of liquid-vapor phase change in porous media numerical pore network studies

• Auteur / Autrice : Yves Le Bray
• Direction : Marc Prat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Évaporation

Transitions de phases

Percolation dans les sols

Matériaux poreux

Mécanique des fluides

Résumé

Nous presentons une etude des phenomenes de changement de phase liquide-vapeur en milieu capillaro-poreux a partir de simulations numeriques sur reseaux de pores et de liaisons. Deux situations sont investiguees. Dans la premiere, le changement de phase, pilote par le transfert de masse en phase gazeuse, s'effectue sous les conditions de saturation. Le cas etudie correspond en fait au probleme classique du sechage d'un milieu capillaro-poreux initialement completement sature. La seconde situation correspond a un cas ou le changement de phase s'effectue a la temperature de saturation. Ce deuxieme cas est motive par une application particuliere, l'etude des transferts couples de chaleur et de masse au sein de la meche d'un evaporateur capillaire. Le simulateur-reseau tridimensionnel mis au point pour l'etude du sechage permet d'apporter un eclairage nouveau sur ce probleme, principalement a partir de l'analyse de l'evolution de la structuration des phases a l'interieur du materiau en cours de sechage. Cette analyse est effectuee dans le cadre de la theorie de la percolation d'invasion. Le cas ou les effets de la gravite ne sont plus negligeables est egalement etudie numeriquement et analyse a l'aide de la theorie de la percolation en gradient. L'effet de la viscosite de la phase liquide est analyse theoriquement a partir de la percolation en gradient. Des comparaisons avec des resultats experimentaux sont effectuees. Pour l'etude du cas ou le changement de phase s'effectue aux conditions de temperature de saturation, un simulateur-reseau bidimensionnel a ete mis au point. Ce simulateur permet l'analyse des transferts couples de chaleur et de masse avec changement de phase. L'etude est principalement consacree a l'analyse de l'effet de l'heterogeneite de la microstructure sur le developpement de la phase vapeur et sur la structure du front de changement de phase en regime stationnaire. Cette partie conduit a la proposition d'un design ameliore de la meche de l'evaporateur en termes de systeme a deux couches ayant des proprietes de transfert differentes