Thèse soutenue

Dispersions à changement de phase comme fluides caloporteurs hautes performances
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Auteur / Autrice : Poppy O'Neill
Direction : Rémi RevellinJocelyn Bonjour
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Thérmique énergétique
Date : Soutenance le 02/09/2022
Etablissement(s) : Lyon, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne)
Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône) - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon / CETHIL
Jury : Président / Présidente : Jérôme Bellettre
Examinateurs / Examinatrices : Rémi Revellin, Jocelyn Bonjour, Jérôme Bellettre, Monica Siroux, Matthias Kind, Ludger Fischer
Rapporteurs / Rapporteuses : Monica Siroux, Matthias Kind

Résumé

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Cette thèse porte sur le transfert de chaleur, le transport et le comportement rhéologique de nouveaux fluides à deux phases, appelés dispersions à changement de phase. Les dispersions à changement de phase consistent en un matériau à changement de phase dispersé dans une phase continue à l'aide de surfactants. La procédure de formulation optimale pour les dispersions à changement de phase avec des stabilités élevées, de faibles degrés de surfusion et des capacités de chaleur spécifiques apparentes élevées est discutée et une approche innovante dans le réglage fin des propriétés thermophysiques des dispersions à changement de phase avec l'utilisation de cosurfactants est définie. Deux des formulations développées ont ensuite été choisies pour une comparaison du transfert de chaleur et du comportement rhéologique afin d'observer l'effet des tensioactifs sur les propriétés de transport et de transfert de chaleur pendant le chauffage. Cette comparaison a été réalisée à l'aide d'un banc d'essai pour mesurer les températures du fluide en vrac et de la paroi interne des dispersions à changement de phase s'écoulant dans un tube cylindrique dans des conditions de flux thermique constant. Le transfert de chaleur de cristallisation et le comportement rhéologique d'une dispersion à changement de phase ont également été examinés par le calcul des bilans thermiques dans un conduit rectangulaire. Pendant la fusion et la cristallisation, un phénomène intéressant a été découvert, à savoir que la transition du laminaire au turbulent avec les dispersions à changement de phase était beaucoup plus faible que celle prédite pour les fluides newtoniens. Par régression des résultats expérimentaux, des corrélations pour les nombres de Nusselt moyens pour l'écoulement laminaire et turbulent sont présentées, en utilisant un nombre de Reynolds modifié et un facteur de correction du nombre de Prandtl. Un modèle numérique pour l'étude du comportement thermique d'une dispersion à changement de phase pendant son refroidissement dans un écoulement laminaire à travers un conduit rectangulaire a été développé et est basé sur l'approche monofluide quasi-homogène. L'évolution des valeurs expérimentales et théoriques montre un bon accord et le modèle prédit de manière satisfaisante le comportement, avec des variations inférieures à 5%.