Добірка наукової літератури з теми "Fluides caloporteurs – Propriétés thermiques"

Une quantité importante de chaleur résiduaire est générée et rejetée par les procédés industriels. Ces chaleurs résiduaires à basse température peuvent-être revalorisées à l'aide de thermo-transformateur de chaleur à absorption. Les thermo-transformateurs de chaleur par absorption utilisent des fluides de travail tels que les systèmes {eau + bromure de lithium} ou bien {ammoniac + eau}. Néanmoins, l'utilisation de ces paires de travail dans les procédés présentent certains inconvénients tels que la corrosivité, la toxicité ou encore la cristallisation. D'autres fluides de travail constitués de liquide ionique ont été également envisagés. Cependant, ces solvants montrent une toxicité non négligeable et des coûts élevés. Cette étude a pour objectif d'évaluer les performances de fluides de travail constitués d'un solvant eutectique profond (SEP) et d'eau dans les thermo-transformateurs de chaleur par absorption. Les équilibres liquide-vapeur de cinq systèmes {H2O + SEP} ainsi que leurs propriétés thermophysiques telles que la densité, la capacité calorifique molaire et l'enthalpie molaire d'excès ont été mesurés. Ce travail expérimental a permis de développer des corrélations empiriques et d'ajuster les paramètres du modèle NRTL afin de caractériser les fluides de travail étudiés en tout point du thermo-transformateur de chaleur à absorption. Les simulations indiquent ces fluides de travail {H2O + SEP} sont proches des performances du système {H2O + LiBr} et qu'ils pourraient-être une alternative aux fluides de travail traditionnels
A significant amount of waste heat is generated and rejected by industrial processes. This waste heat at low temperature can be upgraded using absorption heat transformers. Absorption heat thermo-transformers use conventional working fluids such as {water + lithium bromide} or {ammonia + water} systems. Nevertheless, the use of these working pairs in the processes has certain drawbacks such as corrosivity, toxicity or even crystallization. Other working fluids consisting of ionic liquid have also been considered. However, these solvents show significant toxicity and high costs. This study aims to evaluate the performance of working fluids consisting of a deep eutectic solvent (DES) and water in absorption heat thermo-transformers. The liquid-vapor equilibria of five {H2O + DES} systems as well as their thermophysical properties such as density, molar heat capacity and excess molar enthalpy were measured. This experimental work made it possible to develop empirical correlations and to adjust the parameters of the NRTL model in order to characterize the working fluids studied at any point of the absorption heat thermo-transformer. Simulations indicate that the working fluids {H2O + DES} have a performance close to {H2O + LiBr} mixture and they could be an alternative to traditional working fluids

Les caloducs sont des hyper-transmetteurs de chaleur passifs et performants, souvent utilisés dans les applications industrielles (électronique, télécommunication, aérospatial,…), notamment pour le contrôle et la régulation thermiques. En particulier, les caloducs font partie des solutions pratiques pour la dissipation et la répartition des flux de chaleur au niveau des panneaux des satellites de télécommunication. La caractérisation du fonctionnement d’un caloduc est typiquement réalisée en procédant à quelques mesures de température en paroi externe, selon un protocole de test industriel, afin de valider ses performances. Cependant, cette approche ne permet pas d’étudier avec précision le comportement thermique du caloduc. Nous avons donc exploité un banc d’essais, en améliorant fortement la métrologie, pour qualifier finement le fonctionnement d’un caloduc cylindrique à rainures axiales. Dans cette étude, les profils de température obtenus en régime permanent montrent que dans la zone évaporateur des gradients thermiques importants peuvent être atteints, en particulier lorsque le caloduc se rapproche de sa limite de fonctionnement (flux maximum transférable). Ces observations représentent les conséquences directes de l’assèchement progressif susceptible de se manifester à fortes densités de flux de chaleur imposées. En absence de modèles fiables et de possibilités de mesure ou d’observation directes, une analyse basée sur une approche numérique inverse est alors proposée. Il s’agit d’estimer les positions du front d’assèchement dans chaque rainure de l’évaporateur à partir des mesures de température en paroi. En exploitant les mesures expérimentales, les résultats de l’inversion montrent comment la zone asséchée se développe en zone évaporateur et comment elle s’accroît avec l’augmentation de la charge thermique. Ainsi, l’échauffement de la paroi du caloduc est susceptible d’être expliqué par l’incapacité des rainures à alimenter la zone chauffée en liquide (atteinte de la limite capillaire). Le recul du liquide vers la zone adiabatique est aussi observé avec l’augmentation de l’inclinaison. Cet effet confirme l’importance du pompage capillaire dans le fonctionnement du caloduc
Heat pipes are thermally efficient devices used in many applications (electronics, telecommunication, aerospace,…) for heat management and regulation. In particular, heat pipes are considered as practical solutions for thermal distribution and heat dissipation problems in satellite panel surface. Heat pipe performance test is typically performed using some few wall temperature measurements. However, in such approach, the heat pipe operation phenomena cannot be conveniently investigated. For this aim, an axially grooved heat pipe is experimentally characterized using a test bench, to establish stationary wall temperature distributions for various operating conditions. The obtained temperature profiles show that the evaporator region includes the most important temperature gradients as a consequence to the input heat load increase. A sudden and significant temperature increase is therefore observed since the burnout limit is attained. In the evaporator section, an expected progression of the dry out can be then used to interpret experimental results. Nevertheless, ground test (1g) results cannot efficiently be discussed due to the existence of liquid puddle in the heat pipe bottom section. An inverse analysis is then proposed to localise dry out front positions in every axial groove of the evaporator region, using wall temperature measurements. The obtained results show that the dry out zone expands within the evaporator section as the heat load is increased. The significant temperature increase obtained in the evaporator wall can be therefore explained by the incapacity of the grooves to liquid feed the heated section (capillary limit). When an adverse tilt is introduced, the dry out is also involved in the adiabatic section. The important role of the capillary pumping capacity is also emphasized as a key parameter of the investigated heat pipe operation

L'utilisation d'un circuit frigoporteur intermédiaire dans les systèmes à refroidissement indirect peut constituer une solution pour réduire les volumes des fluides frigorigènes classiques et ainsi contribuer à la préservation de l'environnement. Dans ce contexte une nouvelle génération de fluide a été développée : les fluides frigoporteurs à changement de phase, nommé " Coulis de glace ", qui sont constitués d'un mélange de cristaux de glace dans une solution aqueuse. Ces réfrigérants secondaires offrent des avantages intéressants pour le transport d'énergie et l'amélioration des transferts dans des échangeurs de chaleur, en particulier grâce à la chaleur latente de fusion de la glace. Les coefficients d'échange thermique ainsi que les coefficients de perte de charge d'un coulis de glace issu d'un mélange eau-éthanol (10 % en masse) ont été étudiés dans ifférents échangeurs de chaleur coaxiaux. Les mesures sont effectuées pour des taux massiques de glace variant entre 0% et 25% et pour des vitesses comprises entre 0,3 et 1,85 m. S-1. Pour certaines vitesses, les résultats montrent qu'une augmentation du taux de glace peut changer la nature de l'écoulement dans l'échangeur et influencer l'évolution des pertes de charge et des coefficients d'échange. Dans une dernière partie, nous présentons une étude exergétique d'un mélange diphasique, qui permet de déterminer un critère hermodynamique pour le choix du fluide frigoporteur et du couple concentrationtempérature à utiliser dans le cas d'une application frigorifique particulière
The use of an intermediate secondary refrigerant circuit in indirect cooling process can represent a solution to reduce natural refrigerant volumes and so to contribute to protect environment. In this context, a new generation of secondary fluid has been developed : a phase changing secondary refrigerant, named " Ice slurry ", which is represented by a pumpable mixture of a water solution and fine ice crystals. These thermal fluids offer attractive oportunities for thermal energy transportation and the heat transfer nhancement of heat exchangers notably thanks to latent heat of fusion. The heat transfer and friction characteristics of a 10% (wt/wt) ethanol/water ice slurry has been studied in different double pipe heat exchangers. Measurements were obtained for ice mass fractions ranging from 0% to 25% and velocities between 0,3 and 1,85 m. S-1. For some velocities, the results show that an increase in ice fractions causes a change in the slurry flow structure, influencing the evolution of the pressure drops and the heat transfer coefficients. In the last part of this work, we present an exergetic study of the two-phase mixture, which enables to determine a thermodynamic parameter to choose secondary refrigerant and the couple temperatureconcentration to use for a specific cooling process

Ce travail concerne l'étude expérimentale des propriétés de transferts thermiques d'un fluide frigoporteur diphasique particulier : le coulis de glace stabilisée. Ce coulis est constitué de particules millimétriques de gel organique à 90 % de porosité remplies d'eau suspendues dans une huile silicone. Une installation spécifique a été construite. Elle est composée, pour l'essentiel, de deux échangeurs identiques à plaques lisses ; l'un deux est refroidi par circulation d'alcool, l'autre est chauffé électriquement. Ce dispositif permet de déterminer les coefficients d'échange locaux lors de la congélation comme de la décongélation, en régime permanent, du coulis. Ces coefficients sont déduits des mesures par thermocouples des températures, d'une part, du fluide, d'autre part, de chaque face des parois des échangeurs qui, ainsi instrumentées, sont directement utilisées comme fluxmètres. L'influence du débit du coulis et de sa teneur en particules est étudiée. On note une évolution relativement forte des coefficients d'échange locaux sur environ le quart de la longueur des plaques d'échange. Lors de la décongélation en écoulement laminaire. Le coefficient d'échange moyen du fluide frigoporteur chargé en particules diphasiques est de 100 % supérieur à celui de sa phase suspendante, pour une teneur en particules de 20 %. Cette augmentation des échanges atteint 200 % pour une teneur en particules de 30 %. Lors de la congélation en régime turbulent, l'augmentation des échanges varie de 200 à 300 % selon la teneur en particules
The purpose of this work is the experimental study of the heat transfer properties of a two-phase cooling fluid : stabilized ice-slurry. This ice-slurry is made of millimetric organic gel particles of 90 % porosity filled with water, in suspension in silicon oil. A specific installation was built up, essentially made of two identical smooth plate heat-exchangers ; one cooled by an alcohol flow, the other one heated with electric elements. This device allows to determine the steady-state local heat transfer coefficients during the freezing and the melting processes of the ice-slurry. These coefficients are derived from thermocouple temperature measurements : the temperature of the fluid and the temperature of each side of the heat-exchanger wall which are thus used as fluxmeters. The influence of the ice-slurry flow rate and of its particle concentration is also studied. A strong evolution of the local heat transfer coefficients is observed along one quarter of the heat-exchanger plate. During the melting process, with laminar flow conditions, the average heat transfer coefficient of the cooling fluid is 100 % greater with 20 % particle concentration than without particles. The increase of the heat transfer coefficient rises up to 200 % with 30 % particle concentration. During the melting process, with turbulent flow conditions, the increase of the heat transfer coefficient varies from 200 to 300 % depending on the particle concentration

On a etudie le couplage entre forces interfaciales dans un systeme de plusieurs couches de fluides immiscibles, soumises a un gradient de temperature externe, avec ou sans effet thermogravitationnel. Les interfaces (liquide-liquide et liquide-gaz) sont supposees non-deformables et la surface superieure est soit rigide, soit libre. Cette etude est liee aux recherches sur la faisabilite d'une technique de cristallisation de type zone flottante avec couche encapsulante libre ou confinee, en apesanteur. Dans le cas d'un gradient thermique parallele a l'interface, une solution analytique de la vitesse est presentee pour un systeme de deux couches fluides de grande extension avec surface rigide ou libre. La simulation numerique de l'ecoulement est realisee dans une cavite (2d) en resolvant le systeme d'equations du probleme par une methode aux differents finies, avec maillage decale pour la pression. La convection naturelle couplee a l'effet thermocapillaire, et la convection thermocapillaire seule dans le cas d'apesanteur sont presentees numeriquement pour differents systemes de deux couches. Nous observons principalement les mouvements convectifs au sein de la couche inferieure dans differents cas: surface superieure rigide ou libre, et pour une gamme etendue des principaux parametres: nombre de marangoni, nombre de grashof, rapport de forme, rapport des cfficients des tensions interfaciales et rapport des epaisseurs des deux couches liquides. Dans le cas d'un gradient de temperature perpendiculaire a l'interface (convection marangoni), les instabilites d'un systeme a deux et trois couches liquides sont etudiees par une theorie de stabilite lineaire classique en utilisant une methode tau-tchebycheff. Les mouvements convectifs 2d ont egalement ete etudies numeriquement dans le cas d'un systeme de trois couches fluides

L'émergence d'équations d'état basées sur la thermodynamique statistique telles que les équations SAFT (Statistical Associating fluid Theory) est prometteur pour la modélisation et la simulation de procédés mettant en jeu des fluides polaires complexes mal décrits à haute pression par les modèles de coefficients d'activité ou par les équations d'état cubiques applicables aux constituants non polaires. Le premier volet de ce travail détaille l'intégration de telles équations dans l'environnement du serveur de propriétés thermodynamiques Simulis thermodynamics de Prosim SA, qui fournit un ensemble de fonctions de calculs d'équilibre entre phase à tout modèle capable de décrire la fugacité de chaque phase pour une composition, pression et température donnée. Les paramètres SAFT sont directement liés à la structure moléculaire des constituants et leur stockage dans les objets bases de données du serveur demande des adaptations. Une validation de la procédure sur des systèmes binaires avec les alcanes est présentée. Le deuxième volet présente l'utilisation de l'équation soft-SAFT pour modéliser différents systèmes polaires. Premièrement la famille des nitriles saturés (acétonitrile, propionitrile, n-butyronitrile, isobutyronitrile, valéronitrile, hexanonitrile), avec une approche générique conduisant à des corrélations linéaires des paramètres SAFT en fonction de la masse moléculaire. Deuxièmement, le système réactif NO2/N2O4 et le système CO2, ainsi que leur mélange dans des conditions de CO2 supercritique, avec un traitement crossover pour la région critique. L'approche SAFT permet d'accéder à la fraction de monomère NO2 libre dans le mélange, qui est le réactif de l'oxydation de la cellulose dans un mélange CO2 – NO2/N2O4 en conditions supercritiques.

Le travail présenté dans ce mémoire concerne la compréhension des phénomènes de transport thermique dans des milieux inhomogènes. Les études réalisées ont pour objectif une meilleure connaissance des paramètres qui influencent le comportement thermique de ces systèmes. Dans un premier chapitre, nous introduisons les techniques photothermiques et leurs applications. Nous détaillons la théorie de la technique photopyroélectrique, laquelle constitue le point de départ pour le développement d’une méthodologie adaptée à la mesure des paramètres thermiques de matériaux liquides ou semi-liquides. Le second chapitre est consacré à la présentation d’une méthodologie nouvelle pour la mesure des paramètres thermiques. Les différentes procédures de mesure sont validées sur des fluides standards. Le signal pyroélectrique est mesuré en fonction de la variation de l’épaisseur de l’échantillon. La phase du signal contient l’information concernant la diffusivité thermique, alors que l’effusivité thermique est mesurée à partir d’une combinaison de l’amplitude et de la phase du signal. Cette nouvelle approche dans l’analyse du signal photothermique a permis une nette amélioration de la précision et de la reproductibilité des mesures de ces paramètres. Dans une troisième partie, nous proposons l’étude de quelques mélanges binaires et nous montrons que la calorimétrie photopyroélectrique peut être utilisée pour mettre en évidence des phénomènes d’associations moléculaires. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous présentons des mesures réalisées sur des dispersions polymère cristal liquide (PDLC). La morphologie ’ségrégée’ de ces composites à base de cristaux liquides est très intéressante pour l’étude du transport de chaleur dans des systèmes hétérogènes à structure micrométrique. Dans ces composites, les caractéristiques thermiques des inclusions peuvent être modifiées sans pour autant modifier les caractéristiques physiques du système, (même nombre, même taille et même dispersion des inclusions). Cela est obtenu en imposant un champ électrique au composite qui oriente les molécules dans les gouttelettes de cristal liquide modifiant ainsi leurs propriétés thermiques. Les résultats sont analysés à travers l’utilisation de plusieurs modèles permettant de décrire les transferts de chaleur dans ces milieux composites. Le rôle important des résistances thermiques d’interface est mis en évidence. La comparaison entre le comportement thermique du cristal liquide libre et confiné permet de montrer l’effet du confinement
In this work, a new methodology for the simultaneous determination of thermal parameters (thermal diffusivity, thermal effusivity, thermal conductivity and heat capacity) and pyroelectric coefficient of a pyroelectric material has been developed. This methodology is based on the study of pyroelectric signal generated by the pyroelectric sample when irradiated by a light source intensity modulated. Initially, a theoretical model was developed from the general theory of technique photopyroelectric corresponding to a configuration of the cell as simple as possible. A normalization procedure pyroelectric signal was proposed to eliminate experimental parameters whose value is difficult to estimate. Different procedures for determining the thermal parameters of pyroelectric sample have been proposed : they may be reduced from the development phase or the amplitude of the normalized frequancy modulation. For each of the proposed procedures, a detailed study has assessed the error in determining thermal parameters based on experimental parameters. For measurements based on temperature, two different procedures have been proposed : the first is based on the combination of phase and amplitude of the signal at a given frequency modulation, the latter uses the value of the normalized phase two different frequencies. In addition, it has been shown that the temperature dependence of pyroelectric coefficient could also be measured from the amplitude of the pyroelectric signal. Another application of the method is the measurement of thermal effusivity liquid when the pyroelectric material is well characterized, then playing the role of sensor. It is not necessary to know the thickness of liquid film in thermal contact with the pyroelectric material, which makes measuring simple and applicable to highly viscous fluids. Finally, the first measurements of thermal parameters performed on a ferroelectric liquid crystal were presented. The pyroelectric signal obtained as a funtion of frequency and temperature is similar to that obtained with a pyroelectric material “classic”. The method allows the characterization of ferroelectric liquid crytals also produced in film form. The results obtained for a single crystal, a ceramic, a polymer and a ferroelectric liquid crystal have shown that the method could be applied for the characterization of pyroelectric materials of any kind

Le sujet porte sur l'etude des empilements, des ecoulements et des transferts de chaleur dans les milieux fibreux. Le memoire comporte trois parties : la premiere partie traite des empilements desordonnes de fibres rigides. Suivant la dimension des fibres, on montre que la porosite de l'empilement varie dans une tres large gamme contrairement au cas d'empilements de particules spheriques. Une analyse systematique des variations de la porosite en fonction du rapport d'aspect des fibres longueur sur diametre (4 a 70) est realisee. La loi de porosite etablie est presentee sur la base du volume exclu propose par onsager. La deuxieme partie traite de l'ecoulement d'un fluide a travers les empilements desordonnes de fibres monodisperses rigides. Les lois de perte de charge en fonction de la vitesse du fluide sont determinees. L'influence de la direction de l'ecoulement sur les lois de perte de charge est aussi etudiee. La permeabilite et le parametre de kozeny carman kk sont deduits des resultats experimentaux et compares aux modeles proposes dans la litterature. La troisieme partie concerne l'analyse experimentale des phenomenes de transferts avec ou sans changement de phase liquide-vapeur dans un milieu poreux, compose de micro-billes de bronze, parcouru par un fluide en ecoulement force. Trois zones distinctes sont observees : liquide, diphasique et vapeur surchauffee. Les limites sont determinees a partir des champs de temperature. Une simulation bidimensionnelle par elements finis est utilisee pour calculer le champ de saturation a partir des limites de zone et des champs de temperature.

Nous avons mis au point dans cette thèse un système de mesure (capteur + outil type logiciel) qui permet, via une série de 19 mesures d'une propriété électrique du milieu agité, d'obtenir des images dynamiques des champs de température et ainsi de montrer l'existence de gradients thermiques au cours de la cuisson de milieux polyphasiques en cuve mécaniquement agitée. Un dispositif expérimental composé de 8 électrodes carrées disposées régulièrement sur la paroi interne de la cuve de façon non intrusive a été réalisé. L'outil développé permet également d'apprécier l'hétérogénéité de structure du milieu agité via un algorithme de détection basé sur le calcul du rapport de vraisemblance logarithmique et appliqué à la dérivée première du signal de conductivité électrique. Des essais expérimentaux ont été réalisés avec deux produits modèles simulant le comportement des fluides réels alimentaires texturants étudiés dans ce travail
In this work, a system that allows obtaining dynamic images of temperature fields from a set of 19 electrical property measurements of the agitated fluid via a number of electrodes which are mounted non-intrusively on the vessel boundary has been developped. Using this system, it was shown the existence of thermal gradients within the vessel. In the same time, the developed tool permits to appreciate structural heterogeneity of texturing foods during cooking from a detection algorithm based on the log-likelihood ratio and applied on the first derivative of the delivered electrical signal. Experimental studies were performed with model fluids, simulating the behavior of real food fluids. That was necessary in order to be freed from the seasonal variations of real foods and to be able to discuss the physical phenomena observed during cooking of such fluids

Dans une centrale solaire, le fluide caloporteur circule dans le récepteur (absorbeur) et transfère la chaleur vers le système de stockage ou de conversion de la chaleur en électricité (le cycle thermodynamique). Les domaines de température d’utilisation des différents caloporteurs et leurs propriétés thermophysiques sont présentés ainsi que les coefficients d’échange associés en régime turbulent.

Avec un coût équivalent à 20 % de la consommation électrique mondiale, et des fluides frigorigènes fortement réglementés, l’industrie du froid doit faire face à plusieurs défis environnementaux tout en assurant son rôle fondamental pour divers secteurs (alimentaire, pharmaceutique, climatisation…). L’usage de suspensions de matériaux à changement de phase (MCP) en solution aqueuse, appelées « coulis », permet de stocker et transporter des quantités de froid par chaleur latente, un atout pour le dimensionnement et le rendement des installations. Parmi ces MCP, on trouve les hydrates (de sels, de gaz) dont certains possèdent les plus fortes chaleurs latentes sur la gamme 0-10 °C. Ce chapitre présente les propriétés fondamentales des hydrates, puis une revue des hydrates utilisés comme matériaux de stockage et de transport de froid. Les critères thermodynamiques, rhéologiques, thermiques, cinétiques, énergétiques et environnementaux d’utilisation des hydrates sont ensuite détaillés. Enfin, des exemples d’application des hydrates en réfrigération et en climatisation sont décrites.