Etude numérique et expérimentale des séchoirs solaires indirects à convection forcée : Application à la pomme de terre

par Sabri Youcef-Ali

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jean-Yves Desmons.

Soutenue en 2001

à Valenciennes .

mots clés

• Convection forcée
• Humidité
• Rétrécissement volumique
• Transfert de chaleur
• Forced convection
• Heat transfer
• Shrinkage
• Drying

Résumé

Nous avons développé un code de calcul permettant de simuler le comportement d'une chaine énergétique (insolateur-séchoir) fonctionnant en convection forcée pour des applications au séchage de produits agro-alimentaires. L’insolateur plan, relié à l'armoire de séchage, est à simple passe arrière, la veine d'air mobile pouvant être munie d'ailettes permettant d'améliorer les performances de ce capteur. Le séchoir est une armoire en bois comportant quatre grilles superposées, sur lesquelles le produit a séché et disposées en lits de rondelles. Dans le modèle théorique décrivant son comportement, nous tenons compte en particulier des pertes calorifiques à travers les parois latérales et du rétrécissement volumique du produit en cours de séchage, phénomènes généralement négligés. Le premier sous-programme itératif développé détermine les performances thermiques instantanées de l'insolateur. Le second gère un modèle théorique qui repose sur les équations de bilan de chaleur et de masse dans les milieux poreux. Dans ce modèle, intervient un coefficient de migration de l'eau dans la masse des particules propre au produit utilisé. Nous avons déterminé ce coefficient expérimentalement, pour plusieurs températures de l'air asséchant, en fonction de l'humidité absolue moyenne des rondelles, ce qui nous a permis de le représenter sous une forme mathématique exploitable dans l'algorithme de calcul. Le modèle théorique est validé par un grand nombre d'expériences en utilisant la pomme de terre, en ensoleillement artificiel et naturel. Cette validation nous a donc permis de tester les possibilités de la chaine étudiée (notamment à travers le coefficient d'efficacité que nous définissons par le rapport de la masse de produit à sécher au temps de séchage global) et de dégager certains principes permettant d'en tirer le maximum de production. Nous présentons enfin quelques prédictions du modèle numérique pour différentes valeurs des paramètres aérothermiques de l'air de séchage.

Titre traduit

Numerical and experimental study of indirect solar dryers in forced convection : Application to the potato

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