Etude expérimentale des transferts thermiques en ébullition libre et en régime transitoire PDF Download
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Book Description
Le présent travail concerne l'étude expérimentale des transferts de chaleur au cours de l'ébullition libre du pentane à la saturation, qui a lieu sur la surface supérieure horizontale d'un bloc de cuivre cylindrique massif. Afin d'étudier l'ébullition en régime transitoire, un échelon de flux est imposé aux résistances chauffantes, loin de la surface de l'échange. La température et la densité de flux surfaciques sont estimées en fonction du temps à l'aide d'une méthode de calcul inverse. On note des différences notables entre les courbes d'ébullition en régime permanent et cellles correspondant aux régimes transitoires. La surchauffe de déclenchement de l'ébullition en régime transitoire est supérieure à celle obtenue en régime permanent.Compte-tenu de ces surchauffes élevées, une quantité importante d'énergie est stockée dans l'échantillon pendant le régime de convection naturelle de telle sorte que le flux atteint après le déclenchement de l'ébullition peut devenir supérieur au flux critique. Une courbe d'ébullition en régime transitoire dépend fortement des conditions initiales de l'échantillon. C'est pourquoi, une procédure préliminaire à chaque essai a été mise au point afin que les sites de nucléation de la surface d'échange soient toujours activés dans les mêmes conditions. Nous avons mis en évidence plusieurs paramètres influençant le retard au déclenchement de l'ébullition : le temps d'attente entre la procédure préliminaire et l'échelon de flux imposé, le sous-refroidissement initial de la paroi et la vitesse de chauffage. Il est montré qu'avec une faible vitesse de chauffage, il est possible d'obtenir une courbe d'ébullition identique à celle du régime permanent en 30 min au lieu de 8h en régime permanent.
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Le présent travail concerne l'étude expérimentale des transferts de chaleur au cours de l'ébullition libre du pentane à la saturation, qui a lieu sur la surface supérieure horizontale d'un bloc de cuivre cylindrique massif. Afin d'étudier l'ébullition en régime transitoire, un échelon de flux est imposé aux résistances chauffantes, loin de la surface de l'échange. La température et la densité de flux surfaciques sont estimées en fonction du temps à l'aide d'une méthode de calcul inverse. On note des différences notables entre les courbes d'ébullition en régime permanent et cellles correspondant aux régimes transitoires. La surchauffe de déclenchement de l'ébullition en régime transitoire est supérieure à celle obtenue en régime permanent.Compte-tenu de ces surchauffes élevées, une quantité importante d'énergie est stockée dans l'échantillon pendant le régime de convection naturelle de telle sorte que le flux atteint après le déclenchement de l'ébullition peut devenir supérieur au flux critique. Une courbe d'ébullition en régime transitoire dépend fortement des conditions initiales de l'échantillon. C'est pourquoi, une procédure préliminaire à chaque essai a été mise au point afin que les sites de nucléation de la surface d'échange soient toujours activés dans les mêmes conditions. Nous avons mis en évidence plusieurs paramètres influençant le retard au déclenchement de l'ébullition : le temps d'attente entre la procédure préliminaire et l'échelon de flux imposé, le sous-refroidissement initial de la paroi et la vitesse de chauffage. Il est montré qu'avec une faible vitesse de chauffage, il est possible d'obtenir une courbe d'ébullition identique à celle du régime permanent en 30 min au lieu de 8h en régime permanent.
Author: Roberta Visentini Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'ébullition est présente dans la vie de tous les jours et elle a été par conséquent le sujet de beaucoup d'études, mais pour la plupart en régimes stationnaires. Néanmoins, l'intérêt de connaître les caractéristiques de l'ébullition transitoire est aussi important notamment pour la prévention des accidents nucléaires majeurs. C'est justement dans l'optique de mieux comprendre les phénomènes d'ébullition qui se produisent lors d'un RIA (Accident d'Insertion de Réactivité) que cette thèse a été financée par l'IRSN. Le RIA est un accident qui peut résulter d'une défaillance du mécanisme de la grappe contrôlant la réaction nucléaire. La réaction s'emballe pendant quelques dizaines de millisecondes (pulse de puissance) provoquant une augmentation rapide de la température du crayon de combustible et donc l'évaporation du liquide qui l'entoure. Des tests ont été faits par le passé soit sur des crayons de combustibles, soit sur des tubes chauffés ayant les mêmes dimensions qu'un crayon, afin d'améliorer la connaissance de ce phénomène. Par contre, les mesures étaient entachées d'incertitudes importantes, dues à des techniques de mesure non appropriées à des phénomènes si rapides. L'objectif de ce travail a été de concevoir et mettre en place une expérience capable de simuler un RIA à petite échelle, pour mieux comprendre les caractéristiques de l'ébullition lorsque la paroi monte en température très rapidement. De plus, ce dispositif expérimental devait être apte à étudier des montées en température moins violentes pour améliorer la connaissance de l'ébullition transitoire en général. Cette expérience a été conçue à l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Elle est constituée d'une feuille métallique d'acier de 50μm d'épaisseur, formée en demi cylindre (8mm de diamètre et 200mm de longueur) et chauffée par effet Joule. Elle est entourée par du fluide réfrigérant HFE7000, qui permet de travailler en similitude par rapport au cas réel en eau. Le fluide est confiné par un deuxième demi cylindre en verre, ayant 34mm de diamètre. Les expériences peuvent être en vase ou avec écoulement, écoulement qui a été caractérisé par des mesures PIV. Plusieurs débits peuvent donc être employés et le sous-refroidissement du liquide est aussi ajustable. L'emploi d'une alimentation pilotable et très flexible permet d'obtenir des chauffages du métal jusqu'à 2500K/s, mais aussi des montées en température plus faibles, pour tracer des courbes d'ébullition stationnaires ou faiblement transitoires. La température de la paroi est mesurée grâce à une caméra infrarouge, couplée à des visualisations rapides et à des mesures de pression et température dans le liquide.
Author: Mourad Ait Ameur Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 149
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Cette étude à caractère expérimental porte sur les transferts thermiques et les instabilités thermohydrauliques en présence d ’ébullition naturelle confinée du pentane à saturation entre deux plaques planes verticales parallèles, dont les côtés latéraux sont ouverts ou fermés. L’influence de divers paramètres tels que l’épaisseur du canal, la hauteur chauffée, le rapport d’aspect et les conditions d’entrée est étudiée. La structure diphasique des écoulements en présence est analysée à l’aide de visualisations par caméra rapide. L’évolution spatiotemporelle des vitesses des interfaces liquide/vapeur est déterminée par analyse d’images. Les débits de liquide sont comparés aux mesures réalisées par fil chaud. Des régimes d’ébullition stationnaires ou pulsés se développent suivant la densité de flux imposée et l’épaisseur du canal. Les régimes d’ébullition observés séparément dans de nombreuses études expérimentales (régime de bulles isolées, régimes de bulles coalescées et assèchement partiel) se succèdent au sein d’un même cycle d’instabilités. Les fréquences des cycles dépendent sensiblement de l’épaisseur du canal et de la densité de flux imposée. Les cartographies des instabilités, fonctions du flux réduit et du nombre de Bond, dépendent des conditions périphériques. Les temps caractéristiques des cycles instationnaires montrent la prépondérance du temps d’expansion du mélange diphasique par rapport au temps d’alimentation. Concernant les transferts thermiques, à bas flux, pour des épaisseurs du canal inférieures à la longueur capillaire, le confinement de l’écoulement s’accompagne d’une intensification des échanges thermiques par r apport à l’ébullition libre. En régime d’ébullition développée, les transferts thermiques sont quasiment homogènes sur la totalité de la surface chauffée. A fort flux, les transferts thermiques se dégradent en raison de l’augmentation du taux de vide et de l’assèchement partiel ou total de la surface d’échange, qui a pour conséquence un fort abaissement de la densité de flux critique.
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Ce travail concerne l’étude du transfert thermique par ébullition au niveau d’une surface mobile refroidie par un jet d’eau plan, en régime transitoire. Cette étude s’inscrit dans un conteste industriel en vue de contrôler la cinétique de refroidissement des produits plats de la sidérurgie. Un dispositif expérimental original permettant de déterminer les courbes d’ébullition locales dans le cas d’une surface statique et d’une surface mobile a été mis en place. Les flux extraits sont mesurés de part et de d’autre de l’axe du jet jusqu’à une distance réduite x/l de 18, dans une gamme de sous refroidissements variant de 10 à 83 K, de vitesses de jet comprise entre 0,8 et 1,2 m/s et de ratios de vitesse variant de 0,3 à 1,25. L’incidence de ces paramètres sur les régimes d’ébullition a été mise en évidence à travers des corrélations établies. Les mesures ont confirmé dans le cas d’une surface statique, l’apparition d’un plateau de flux sous l’axe jet dans le régime d’ébullition de transition. Dans le cas d’une surface mobile, a été mise en évidence l’apparition d’un maximum de coefficient d’échange, en amont de l’axe du jet, dans le régime de convection monophasique. Dans le régime d’ébullition de transition, un maximum de flux critique a été observé en aval de l’axe du jet. Dans le régime d’ébullition en film, un minimum d’épaisseur de ce film est également observé en aval de l’axe du jet.
Author: Jean-Luc Battaglia Publisher: Dunod ISBN: 2100816411 Category : Science Languages : fr Pages : 288
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Ce manuel aborde la résolution des problèmes d’énergétique et de transferts thermiques à l’échelle macroscopique. Après un rappel de thermodynamique, l’ouvrage décrit la modélisation des transferts de chaleur. Les transferts par conduction, convection et rayonnement sont expliqués en détail. Chaque cas expose l’origine physique des transferts puis les outils de modélisation permettant de traiter les problèmes rencontrés en pratique. Cette nouvelle édition est complétée de nouveaux exemples illustrant les concepts de thermodynamique propres à l’énergétique. La conduction en régime transitoire est également abordée. Chaque chapitre propose un exposé pédagogique des connaissances de base en thermique, accompagné d’exercices corrigés.
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LE TRAVAIL PRESENTE CONCERNE LA DETERMINATION DES COURBES D'EBULLITION DU MELANGE EAU-ETHYLENE GLYCOL CIRCULANT EN CONVECTION FORCEE A TRAVERS UN TUBE DE FONTE OU D'ALUMINIUM DE COURTE LONGUEUR. DEUX PROCEDURES EXPERIMENTALES SONT UTILISEES : UNE PROCEDURE QUASISTATIONNAIRE A FLUX IMPOSE ET UNE PROCEDURE TRANSITOIRE DE TREMPE. A PARTIR DES MESURES RELEVEES LORS DE CES EXPERIENCES, PAR LES THERMOCOUPLES A L'INTERIEUR DU MATERIAU, LES CARACTERISTIQUES DE L'ECHANGE METAL-FLUIDE SONT DEDUITES PAR RESOLUTION NUMERIQUE D'UN PROBLEME INVERSE DE CONDUCTION DE LA CHALEUR. POUR LA ZONE D'EBULLITION NUCLEEE, LES RESULTATS OBTENUS DURANT LE REGIME TRANSITOIRE DE TREMPE S'ACCORDENT AVEC CEUX DU REGIME PERMANENT. TOUTEFOIS, LE FLUX CRITIQUE TRANSITOIRE EST PLUS ELEVE QUE LE FLUX CRITIQUE DU REGIME STATIONNAIRE, EN RAISON DE LA PREPONDERANCE DES EFFETS THERMIQUES. CETTE ETUDE EXPERIMENTALE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'EFFET DE DIVERS PARAMETRES SUR L'ECHANGE EN EBULLITION NUCLEEE CONVECTIVE. LES RESULTATS INDIQUENT QUE LA VITESSE ET LE SOUS-REFROIDISSEMENT DU LIQUIDE ONT UN EFFET NEGLIGEABLE SUR LE COEFFICIENT D'ECHANGE DANS LA REGION D'EBULLITION PLEINEMENT DEVELOPPEE. PAR CONTRE, CES DEUX PARAMETRES ONT UNE INFLUENCE SIGNIFICATIVE DANS LA ZONE D'EBULLITION PARTIELLE. CES RESULTATS SONT EN ACCORD AVEC L'EBULLITION DES FLUIDES PURS. EN REVANCHE, LE COEFFICIENT D'ECHANGE DANS LA ZONE D'EBULLITION NUCLEEE DIMINUE AVEC L'AUGMENTATION DE LA CONCENTRATION DU COMPOSANT LE MOINS VOLATIL DANS LE MELANGE. EN EFFET, LA RESISTANCE DUE AU TRANSFERT DE MASSE SEMBLE ETRE LA PRINCIPALE CAUSE DE LA NON PERFORMANCE DE L'EBULLITION EN MELANGE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX INDIQUENT EGALEMENT UNE INFLUENCE MAJEURE DE L'ETAT DE SURFACE SUR L'ECHANGE : LES EXPERIENCES A FLUX IMPOSE FONT APPARAITRE UN PHENOMERE D'HYSTERESIS A LA TRANSITION CONVECTION FORCEE-EBULLITION NUCLEEE ET LES EXPERIENCES TRANSITOIRES MONTRENT L'AUGMENTATION TRES FORTE DE L'ECHANGE EN EBULLITION NUCLEEE LORSQUE LA RUGOSITE DE LA SURFACE EST IMPORTANTE.
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Les transferts de chaleur par convection naturelle, rayonnement et conduction à travers les parois métalliques simples et doubles fortement chauffées se rencontrent fréquemment dans les dispositifs de chauffage ou de récupération de chaleur domestiques et industriels, mais n'ont jamais fait l'objet de recherches spécifiques. Une étude théorique approfondie de ces couplages est présentée à partir d'une recherche bibliographique très large, en particulier sur la transition turbulente. Un dispositif expérimental permet d'appliquer un flux de chaleur uniforme élevé régulé sur une face d'une double paroi en acier noir épais de largeur réglable. Les équations elliptiques de transfert radiatif et de transport conducto-convectives turbulentes sont résolues au moyen du code fluent. Le fonctionnement de la double paroi est mis en évidence, et une nouvelle corrélation globale du flux de chaleur interne d'une double paroi rayonnante est établie, ainsi qu'un critère d'optimisation. Une méthode thermoanémométrique corrélative et spectrale est développée au moyen d'une sonde unique en quartz à double microthermocouple. Les champs moyens et fluctuants de température et de vitesse, les densités de flux convectifs et radiatifs, ainsi que la structure turbulente des couches limites thermiques sont ainsi déterminés expérimentalement, particulièrement en régime de transition. La méthode thermoanémométrique et le bilan thermique complet sont valides sur une plaque plane verticale conductrice et rayonnante. Il apparaît que le nombre de Grashof critique diminue fortement lorsque la densité du flux augmente, même si le rayonnement domine.
Author: Sébastien Héas
Author: Sébastien Héas
Author: Roberta Visentini
Author: Mourad Ait Ameur
Author: 
Author: International Institute of Refrigeration
Author: Daniel Petit (auteur d'une thèse en conversion des énergies).)
Author: Arsène Kouachi
Author: Jean-Luc Battaglia
Author: CORINE.. CASADESSUS
Author: Thierry Delarochelambert