Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Le transfert de chaleur en milieu poreux avec changement de phase se rencontre dans de nombreuses applications industrielles. L’évaporation, lorsque la température est inférieure à la température de saturation, ce qui correspond typiquement aux opérations de séchage, est à distinguer de l’ébullition lorsque la température du milieu est égale ou supérieure à la température de saturation. Ce dernier aspect est rencontré dans de nombreux échangeurs, des applications de géothermie, en sûreté nucléaire .Les modélisations les plus couramment utilisées dans la pratique industrielle font l'objet de cet article.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Abdelkader MOJTABI : Professeur Université Paul Sabatier Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, France
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Marc PRAT : Dr CNRS Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, France
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Michel QUINTARD : Dr CNRS Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, France
INTRODUCTION
Cet article, consacré au transfert de chaleur avec changement de phase en milieu poreux, fait suite à l’article « Transfert de chaleur en milieu poreux. Conduction, convection, rayonnement » [BE 8 250] dans lequel sont abordés les phénomènes de transport en milieu poreux.
Les phénomènes de changement de phase en milieux poreux occupent une place importante dans de nombreux domaines. On peut citer :
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l’exploitation des gisements d’hydrocarbures. Diverses méthodes thermiques sont utilisées (injection de vapeur, combustion in situ…) qui conduisent à des mécanismes de changement de phase ;
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l’isolation thermique qui peut être très affectée par le transfert de vapeur et la condensation ;
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la géothermie, les transferts entre le sol et l’atmosphère ;
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les échangeurs thermiques multiphasiques, les piles à combustible ;
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le génie chimique ;
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la sûreté nucléaire, etc.
Comme tous les processus polyphasiques, les phénomènes de changement de phase en milieux poreux sont d’une grande complexité et, sur de nombreux points, leur connaissance n’est encore que partielle. Les processus physiques en œuvre à l’échelle du pore et les modélisations macroscopiques les plus courantes utilisées dans les opérations de séchage ou les procédés faisant intervenir de l’ébullition font l’objet de cet article.
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- Version archivée 1 de oct. 2008 par Serge BORIES, Abdelkader MOJTABI, Marc PRAT, Michel QUINTARD
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Modélisation mathématique
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2. Adsorption, capillarité
Deux mécanismes fondamentaux contribuent à « fixer » un fluide sur une matrice poreuse. Il s’agit respectivement de la capillarité et de l’adsorption . Dans ce dernier cas, les molécules de vapeur sont fixées, sous forme de film, par voie chimique ou physique sur la surface interne des pores. Les films moléculaires ainsi formés se trouvent alors en équilibre avec la vapeur dans des conditions parfois très différentes des conditions thermodynamiques classiques, ce qui a pour effet de modifier l’enthalpie de changement de phase et la pression de vapeur d’équilibre et comme indiqué par les équations (15) et (16) .
En ce qui concerne la capillarité, elle intervient lorsque la structure poreuse est mise en contact avec la phase liquide. Sans entrer dans l’analyse détaillée des phénomènes complexes de mouillabilité, l’expérience montre que lorsqu’un liquide mouille un solide, il a tendance à s’étaler naturellement le long de sa surface. En milieu poreux, ce mécanisme conduit à la formation d’interfaces courbes entre le liquide et la vapeur dans les...
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Adsorption, capillarité
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TAINE (J.), MOJTABI (A.), PRAT (M.), QUINTARD (M.) - Transferts de chaleur dans les milieux poreux. Conduction, convection, rayonnement. - Techniques de l’Ingénieur. Génie énergétique [BE 8 250] (2019).
-
(2) - KURZ (W.), FISHER (D.F.) - Fundamentals of solidification. - Trans Tech Publications, Rockport, MA (1984).
-
(3) - NI (J.), BECKERMANN (C.) - A Volume-averaged two-phase Model for Transport Phenomena during Solidification. - Met. Trans., 22B, p. 349-361 (1991).
-
(4) - BECKERMANN (C.), VISKANTA (R.) - Mathematical modeling of transport phenomena during alloy solidification. - Applied Mechanics Reviews, 46, p. 1-27 (1993).
-
(5) - ROUX (P.), GOYEAU (B.), GOBIN (D.), FICHOT (F.), QUINTARD (M.) - Chemical non-equilibrium modelling of columnar solidification. - International Journal of Heat and Mass Transfer, 49(23-24), p. 4496-4510.
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