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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Adsorption, capillarité
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1. Considérations générales sur la modélisation
En raison de son importance pratique particulière, on ne s’intéresse dans ce qui suit qu’au seul cas du changement de phase liquide-vapeur (évaporation-condensation), le changement de phase liquide-solide comparativement moins étudié (bien qu’il intervienne dans de nombreuses applications : fonte des neiges, métallurgie/fonderie, etc.) n’est pas abordé. Signalons simplement que la solidification d’un mélange multiconstituant fait intervenir deux mécanismes, dominés par les instabilités éventuelles de l’interface fluide/solide :
-
croissance colonnaire à partir de la surface de refroidissement, qui conduit à la présence d’un milieu poreux (« mushy zone ») ;
-
croissance de grains équiaxes dans la solution liquide en refroidissement.
Des modèles du type « milieux poreux » ont donc été développés.
Le lecteur intéressé par ces questions trouvera quelques références bibliographiques dans ainsi que dans pour une discussion sur les modélisations non-équilibre local.
Le changement de phase liquide-vapeur en milieux poreux a notamment été étudié en relation avec les problèmes...
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Considérations générales sur la modélisation
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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