MODELISATION DES TRANSFERTS THERMIQUES DANS DES MATERIAUX SEMI-TRANSPARENTS DE TYPE MOUSSE A PORES OUVERTS ET PREDICTION DES PROPRIETES RADIATIVES PDF Download
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LES TRANSFERTS THERMIQUES PAR RAYONNEMENT ET CONDUCTION COUPLES DANS DES MOUSSES ISOLANTES A PORES OUVERTS SONT MODELISES A PARTIR DE LA MORPHOLOGIE DU MATERIAU ET DES PROPRIETES DE SES PHASES SOLIDE ET GAZEUSE. UN MODELE SIMPLE DE TYPE PARALLELE-SERIE A MAILLE CUBIQUE PERMET DE PREDIRE LA CONDUCTIVITE PHONIQUE DE CES MATERIAUX. LES PROPRIETES SPECTRALES VOLUMIQUES D'ABSORPTION, DE DIFFUSION ET LA FONCTION DE PHASE SONT PREDITES, A PARTIR DES DIMENSIONS DES PARTICULES CONSTITUTIVES DE LA STRUCTURE SOLIDE ET DE LEUR REFLECTIVITE HEMISPHERIQUE, PAR UNE APPLICATION COMBINEE DES LOIS DE L'OPTIQUE GEOMETRIQUE ET DE LA THEORIE DE LA DIFFRACTION A CES PARTICULES. CES PROPRIETES SONT ENSUITE UTILISEES DANS UN MODELE DE COUPLAGE CONDUCTION-RAYONNEMENT. LA METHODE DES ORDONNEES DISCRETES OU LE MODELE DE ROSSELAND UTILISE AVEC UN COEFFICIENT D'EXTINCTION CORRIGE ONT ETE SUCCESSIVEMENT ADOPTES POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DU TRANSFERT RADIATIF. TROIS TYPES DE MOUSSE DE CARBONE DE POROSITES DIFFERENTES ONT PERMIS DE VALIDER LA MODELISATION. LA REFLECTIVITE DU CARBONE CONTENU DANS CES MATERIAUX EST DETERMINEE PAR UNE METHODE D'IDENTIFICATION (METHODE DE LINEARISATION DE GAUSS) APPLIQUEE A DES DONNEES DE TRANSMITTANCE SPECTRALE BIDIRECTIONNELLE ACQUISES AVEC UN MONTAGE EXPERIMENTAL UTILISANT UN SPECTROMETRE A TRANSFORMEE DE FOURIER. DE PLUS DES EXPERIENCES SUR UN DISPOSITIF DE PLAQUE CHAUDE GARDEE ONT PERMIS DE COMPARER DES RESULTATS DE CONDUCTIVITES GLOBALES EXPERIMENTALES ET THEORIQUES, CONTRIBUANT AINSI A LA VALIDATION DE LA MODELISATION REALISEE
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LES TRANSFERTS THERMIQUES PAR RAYONNEMENT ET CONDUCTION COUPLES DANS DES MOUSSES ISOLANTES A PORES OUVERTS SONT MODELISES A PARTIR DE LA MORPHOLOGIE DU MATERIAU ET DES PROPRIETES DE SES PHASES SOLIDE ET GAZEUSE. UN MODELE SIMPLE DE TYPE PARALLELE-SERIE A MAILLE CUBIQUE PERMET DE PREDIRE LA CONDUCTIVITE PHONIQUE DE CES MATERIAUX. LES PROPRIETES SPECTRALES VOLUMIQUES D'ABSORPTION, DE DIFFUSION ET LA FONCTION DE PHASE SONT PREDITES, A PARTIR DES DIMENSIONS DES PARTICULES CONSTITUTIVES DE LA STRUCTURE SOLIDE ET DE LEUR REFLECTIVITE HEMISPHERIQUE, PAR UNE APPLICATION COMBINEE DES LOIS DE L'OPTIQUE GEOMETRIQUE ET DE LA THEORIE DE LA DIFFRACTION A CES PARTICULES. CES PROPRIETES SONT ENSUITE UTILISEES DANS UN MODELE DE COUPLAGE CONDUCTION-RAYONNEMENT. LA METHODE DES ORDONNEES DISCRETES OU LE MODELE DE ROSSELAND UTILISE AVEC UN COEFFICIENT D'EXTINCTION CORRIGE ONT ETE SUCCESSIVEMENT ADOPTES POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DU TRANSFERT RADIATIF. TROIS TYPES DE MOUSSE DE CARBONE DE POROSITES DIFFERENTES ONT PERMIS DE VALIDER LA MODELISATION. LA REFLECTIVITE DU CARBONE CONTENU DANS CES MATERIAUX EST DETERMINEE PAR UNE METHODE D'IDENTIFICATION (METHODE DE LINEARISATION DE GAUSS) APPLIQUEE A DES DONNEES DE TRANSMITTANCE SPECTRALE BIDIRECTIONNELLE ACQUISES AVEC UN MONTAGE EXPERIMENTAL UTILISANT UN SPECTROMETRE A TRANSFORMEE DE FOURIER. DE PLUS DES EXPERIENCES SUR UN DISPOSITIF DE PLAQUE CHAUDE GARDEE ONT PERMIS DE COMPARER DES RESULTATS DE CONDUCTIVITES GLOBALES EXPERIMENTALES ET THEORIQUES, CONTRIBUANT AINSI A LA VALIDATION DE LA MODELISATION REALISEE
Author: Publisher: ISBN: Category : Heat Languages : en Pages : 1190
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This journal is devoted to the advancement of the science and technology of thermophysics and heat transfer through the dissemination of original research papers disclosing new technical knowledge and exploratory developments and applications based on new knowledge. It publishes papers that deal with the properties and mechanisms involved in thermal energy transfer and storage in gases, liquids, and solids or combinations thereof. These studies include conductive, convective, and radiative modes alone or in combination and the effects of the environment.
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RELATIONS DE BASE DU PROBLEME DE TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONDUCTION ET RAYONNEMENT, ET DESCRIPTION DES DIFFERENTES METHODES DE RESOLUTION SUSCEPTIBLES D'ETRE UTILISEES. UTILISATION DE LA METHODE DE MONTE CARLO ET COMPARAISON AVEC D'AUTRES METHODES DANS LES CAS SUIVANTS: DIFFUSION ANISOTROPE, MILIEU NON GRIS, REGIME TRANSITOIRE EN MILIEU MONO ET BIDIMENSIONNEL. DETERMINATION DES PROPRIETES RADIATIVES. DEVELOPPEMENT D'UN PROCEDE D'IDENTIFICATION BASE SUR LA METHODE DE MONTE CARLO AVEC APPLICATION DES TECHNIQUES DE L'OPTIMISATION DE HOOK-SEEVES
Author: Ronan Le Goff Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 352
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Un des enjeux majeurs de la simulation du procédé d’injection est la prédiction des retraits et des déformations dans la phase de maintien et dans la phase de refroidissement des pièces. Ce travail de thèse s’est inscrit dans ce contexte avec pour objectif de mieux comprendre les phénomènes thermiques régissant la solidification de pièces injectées en polymère semi-cristallin chargé de fibres de verre .En effet, la cristallisation de ce type de matériaux est une réaction exothermique et ce changement d’état influence fortement les propriétés thermiques des matériaux ainsi que les conditions aux parois. Dans cette optique, la caractérisation et la modélisation des propriétés thermiques des matériaux étudiés ont été effectuées. La conductivité thermique a fait l’objet d’une analyse approfondie à travers la validation d’un modèle de prédiction prenant en compte l’anisotropie induite par l’orientation des fibres. Une étude expérimentale a également permis de valider les modèles thermiques de cristallisation et de transfert. Enfin, l’effet de la cristallisation sur les transferts de chaleur a été mis en évidence, d’une part dans des conditions de refroidissement rapide sans cisaillement et, d’autre part dans des conditions industrielles. Les conditions d’interface ont été analysées notamment grâce notamment à l’évaluation d’une résistance thermique de contact.
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Le CEA travaille sur des matériaux poreux - alvéolaires, composites, céramiques, etc. - et cherche à optimiser leurs propriétés pour des utilisations spécifiques. Ces matériaux, souvent composés de plusieurs constituants, ont en général une structure complexe avec une taille de pores de quelques dizaines de microns. Ils sont mis en oeuvre dans des systèmes de grande échelle, supérieure à leurs propres échelles caractéristiques, dans lesquels on les considère comme équivalents à des milieux homogènes, sans prendre en compte sa microstructure locale, pour simuler leur comportement dans leur environnement d'utilisation.Nous nous intéressons donc à la caractérisation des propriétés thermiques effectives de matériaux à microstructure hétérogène en cherchant à déterminer par méthode inverse en fonction de la température la diffusivité thermique qu'ils auraient s'ils étaient homogènes.L'identification de la diffusivité de matériaux poreux et/ou semi-transparents est rendue difficile par le couplage conducto-radiatif fort qui peut se développer rapidement dans ces milieux avec une augmentation de la température. Nous avons donc modélisé le transfert de chaleur couplé conducto-radiatif en fonction de la température au sein de matériaux poreux multiconstituants à partir de leur microstructure numérisée en voxels. Notre démarche consiste à nous appuyer sur la microstructure 3D obtenue par tomographie. Ces microstructures servent de support numérique à cette modélisation qui permet d'une part de simuler tout type d'expériences thermiques numériques - en particulier la méthode flash dont les résultats nous permettent de déduire la diffusivité thermique -, et d'autre part de reproduire le comportement thermique de ces échantillons dans leur condition d'utilisation.
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L’objectif de cette thèse est de modéliser et de mieux comprendre le transfert thermique multi-échelle au sein de matériaux micro et nanoporeux. Les deux modes de transfert de chaleur conduction et rayonnement sont modélisés à partir de l’équation de transport de particules de Boltzman (ETB) par l’intermédiaire de l’analogie entre le photon et le phonon. Pour le transfert radiatif monodimensionnel, l’ETB est résolue par la méthode des ordonnées discrètes (MOD) baseée sur l’utilisation d’une quadrature composée adaptée (QCA) afin d’obtenir une répartition directionnelle précise des intensités. Les propriétés radiatives du milieu homogène équivalent associé au milieu réel, intervenant dans l’ETB sont déterminées par des modèles de diffusion simple et indépendante appelés théorie classique de Mie (TCM), approche en champ lointain (ACL) et approche en champ proche (ACP) d’une part, et caractérisées par une méthode inverse d’identification des paramètres d’autre part. Les applications concernent deux types de matériaux différents : du quartz fondu contenant une faible fraction volumique de micro-bulles et des films de polymère contenant différentes concentrations de microsphères creuses. Ces matériaux sont caractérisés par une forte absorption aux longueurs d’onde infrarouge. La validité des méthodes est vérifiée par la comparaison des résultats issus des modèles avec des mesures expérimentales de transmittance et de réflectance hémisphériques. Si la concentration de particules est faible, les différents modèles de propriétés radiatives sont en bon accord entre eux et avec les résultats expérimentaux, dans le cas contraire, il est mis en évidence que l’ACL est la mieux appropriée. A partir de notre connaissance concernant le transfert radiatif dans les milieux poreux microstructurés, et de l’analogie phonon/photon nous avons développé une nouvelle approche du transfert conductif dans les matériaux nanoporeux. Cette thèse est la première analyse permettant une modélisation fine du transport d’énergie phononique au sein d’un film de Silicium contenant des pores nanométriques. Les pores contenus dans le film étant de forte concentration et d’orientation très anisotropes, aucune des méthodes de résolution de l’ETB existantes n’est adéquate. Une nouvelle méthode de Monte Carlo en régime permanent et en trois dimensions est développée pour simuler directement le transport de phonons (conduction thermique) dans ce matériau. La morphologie nanoporeuse est modélisée, dans un premier temps, comme une répartition aléatoire de pores sphériques non agglomérés dans le volume et dans un second temps par un modèle fractal, Two-scale modifié, plus proche de la structure réelle. Les résultats de modélisation sont comparés avec les données expérimentales de la littérature. Cette méthode de Monte Carlo a permis de mettre en évidence l’influence de la taille, de la fraction volumique et de la morphologie des pores. Elle présente un fort potentiel, elle permettra notamment de modéliser le transport de phonon dans les matériaux diélectriques cristallins à géométries complexes.
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ON A ETUDIE PAR MODELISATION LE TRANSFERT COUPLE CONVECTION - CONDUCTION RAYONNEMENT DANS LES MILIEUX SEMI-TRANSPARENT FLUIDES ET EXPERIMENTALEMENT LES PROPRIETES RADIATIVES DES SILICATES SEMI-TRANSPARENTS FONDUS. LA MODELISATION MATHEMATIQUE A ETE MISE EN OEUVRE POUR DES GEOMETRIES TRIDIMENSIONNELLES EN COORDONNEES CARTESIENNES. POUR LA CONVECTION LAMINAIRE, UNE FORMULATION VOLUMES FINIS A ETE UTILISEE. LES PHENOMENES RADIATIFS SONT DECRITS PAR UNE METHODE MULTIFLUX BASEE SUR UNE DISCRETISATION ANGULAIRE QUI PERMET DE PRENDRE EN CONSIDERATION DES SPECTRES D'ABSORPTION GRIS PAR BANDES. CETTE METHODE DONT LES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC LA LITTERATURE EST COMPAREE A LA METHODE D'APPROXIMATION DIFFERENTIELLE P1, MOINS PRECISE. DANS LA PARTIE EXPERIMENTALE, ON A DETERMINE LES SPECTRES D'ABSORPTION INFRAROUGE A HAUTE TEMPERATURE DE SILICATE ALUMINO-CALCIQUE. CES SPECTRES ONT ETE OBTENUS PAR UNE METHODE ORIGINALE DE SPECTROMETRIE D'EMISSION BASEE SUR UNE METHODE D'IDENTIFICATION PARAMETRIQUE. L'INFLUENCE DE LA TENEUR EN OXYDE FERREUX A ETE EXAMINEE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE. ENFIN DEUX EXEMPLES D'APPLICATION SONT TRAITES QUI DONNENT UNE IMAGE SYNTHETIQUE DE L'ENSEMBLE DES TRAVAUX MENES DANS LE CADRE DE CETTE ETUDE.
Author: Zi Kang Low Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 137
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Cette thèse CIFRE réalisée en collaboration avec Saint-Gobain Research Provence porte sur la modélisation des propriétés thermiques d'une mousse d'alumine NorFoam XPure®, conçue pour l'isolation thermique haute température (1200°C-1700°C). L'objectif est de développer et valider des modèles numériques multiéchelles pour calculer le transfert de chaleur par conduction et rayonnement dans cette mousse, à partir des microstructures 3D tomographiées et des propriétés intrinsèques des composants. La mousse étant composée des cellules ouvertes et d'un squelette solide lui-même poreux, la prise en compte de l'influence de cette double porosité est particulièrement novatrice. Dans un premier temps, le transfert thermique par conduction à travers la mousse est modélisé avec des techniques d'homogénéisation par éléments finis. Il est démontré que des conditions aux limites périodiques couramment utilisées ne sont pas adaptées aux mousses tomographiées, et qu'un jeu de conditions aux limites mixtes permet d'obtenir des résultats plus précis sur ces dernières. Quant au transfert radiatif à travers le squelette poreux, qui présente une forte diffusion volumique avec des phénomènes ondulatoires, le développement d'une nouvelle approche de modélisation basée sur l'approximation dipolaire discrète permet de prendre en compte l'influence desdits phénomènes. Les propriétés radiatives de la mousse sont ensuite calculées par méthode de lancer de rayons en tenant compte du comportement radiatif complexe du squelette poreux. L'influence des phénomènes de réflexion et réfraction non-spéculaires aux interfaces entre le squelette et les cellules a été étudiée. Enfin, une modélisation numérique basée sur les techniques d'homogénéisation permet de calculer le transfert thermique à travers la mousse, avec couplage de la conduction et du rayonnement. Le bon accord entre les résultats issus de chaque modèle et les mesures thermiques et optiques réalisées sur la mousse et le squelette poreux confirme le caractère prédictif des modèles développés.
Author: Morgan Sans Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Depuis la fin du vingtième siècle, la recherche et le développement s'intéresse de plus en plus à l'utilisation des mousses céramiques solides pour une myriade d'applications hautes températures en raison d'avantageuses propriétés thermiques, mécaniques, chimiques ou optiques. Dans un contexte énergétique mondial qui tend vers une réduction de la consommation d'énergies fossiles et d'émissions de gaz à effet de serre, elles apparaissent comme une solution prometteuse par leur capacité à absorber, récupérer et convertir un flux radiatif important. Elles font notamment l'objet d'un intérêt grandissant dans le domaine du solaire thermique tandis que le LEMTA s'intéresse à ces matériaux comme récupérateur des chaleurs fatales liés aux procédés industriels à haute température (verrerie, cimenterie, métallurgie...). Cependant, certaines études ont montré que l'amélioration des systèmes actuels et futurs passe nécessairement par une meilleure compréhension du lien entre les propriétés structurales/thermiques/optiques associées à ces milieux hétérogènes (géométrie, porosité, diamètre de pores, conductivité, émissivité...) et les transferts de chaleur. Les objectifs de ce travail sont de fournir des outils de modélisation et de caractérisation pertinents qui permettent la description des transferts thermiques conductif, convectif (forcé) et radiatif. Trois méthodes de caractérisations proposées et sont détaillées dans ce manuscrit. 1. Dans le cas de transferts conducto-radiatif, la principale difficulté réside dans la capacité à séparer la contribution de chaque mode de transfert de chaleur. Afin de dépasser ces limites, une méthode transitoire sur le principe de la méthode flash a été utilisée. La mousse céramique, placée entre deux semelles céramiques puis au centre d'un four tubulaire, subit une excitation thermique tandis que l'élévation thermique est mesurée sur la face opposée à cette dernière. En parallèle, un modèle direct résolvant l'Equation de la Chaleur par la méthode des Volumes Finis et l'Equation du Transfert Radiatif par une méthode de Monte Carlo réciproque optimisée a été implémentée. Cette dernière permet, tout en conservant des temps de calcul raisonnable, de résoudre plus finement les transferts par rayonnement par comparaison avec les méthodes utilisées habituellement. Une estimation simultanée d'une conductivité phonique équivalente et d'une épaisseur optique équivalente a été réalisée sur une grande variété de mousses structurées et stochastiques composées de SiC ou de SiSiC jusqu'à 800 °C. Par comparaison avec des modèles simplifiés comme celui de Rosseland, cette étude permet de mieux appréhender la validité de l'approximation de la diffusion et d'orienter le choix de la modélisation et des paramètres à utiliser. 2. Une autre difficulté réside dans la capacité à résoudre numériquement un problème couplé directement sur la géométrie hétérogène 3D du milieu poreux. Une méthode de Monte Carlo permettant la résolution des deux modes de transfert en un seul algorithme a été étudiée. La méthode flash a été réalisée grâce à cette dernière de façon entièrement numérique. Elle permet une obtention plus rapide de la solution avec l'augmentation des transferts par rayonnement. La procédure proposée a permis l'estimation des propriétés équivalentes de mousses structurées (cellules de Kelvin). 3. Une méthode de caractérisation des coefficients de dispersion thermique axial et radial a été développée. Le banc expérimental est composé de 5 sections de 20 cm de mousses SiC séparées par des brides assurant la mesure de la température. Un écoulement d'air chaud est appliqué sur le milieu poreux à l'équilibre avec la température ambiante. En parallèle, un modèle à une température permet une résolution 2D axisymmétrique et multicouche du problème thermique. L'application d'un algorithme d'inversion permet l'estimation des deux coefficients pour différentes vitesses d'écoulement.
Author: DOMINIQUE.. DOERMANN
Author: DOMINIQUE.. DOERMANN
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Author: Akram Moukhtar Al- Abed
Author: Ronan Le Goff
Author: Mathieu Niezgoda
Author: Jaona Harifidy Randrianalisoa
Author: RINO.. FABRIS
Author: Zi Kang Low
Author: Morgan Sans