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Article

1 - CLASSIFICATION ET CARACTÉRISATION DES MILIEUX POREUX

2 - MODÉLISATION DES PHÉNOMÈNES DE TRANSFERTS

3 - TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONDUCTION

4 - TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION

5 - TRANSFERT DE CHALEUR PAR RAYONNEMENT

6 - TRANSFERT DE CHALEUR AVEC CHANGEMENT DE PHASE

7 - CONCLUSION

| Réf : B8250 v1

Transfert de chaleur par rayonnement
Transferts de chaleur dans les milieux poreux

Auteur(s) : Serge BORIES, Marc PRAT

Date de publication : 10 août 1995

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Auteur(s)

  • Serge BORIES : Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS),Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse

  • Marc PRAT : Chargé de Recherche au CNRS, Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse

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INTRODUCTION

O n désigne communément par milieu poreux un solide de forme compliquée délimitant et englobant des vides appelés pores. Ces vides peuvent communiquer entre eux et contenir une ou plusieurs phases fluides pouvant s’écouler et, éventuellement, échanger entre elles et/ou avec le solide de la matière et/ou de l’énergie. La partie solide, encore appelée matrice, peut être déformable mais doit avoir une certaine cohésion, ce qui exclut de notre définition les lits fluidisés constitués de particules solides tenues en suspension sous l’effet d’un écoulement du fluide interstitiel.

On trouve de nombreux exemples de milieux poreux dans la vie courante : textiles, cuirs, papiers, tissus, matériaux de construction, isolants, sols, filtres, revêtements d’échangeurs, plats et légumes déshydratés, etc., en constituent autant d’illustrations (figure 1 ).

D’une très grande variété, aussi bien de structure (forme et taille des grains et des pores de la matrice) que de nature (propriétés physico-chimiques des matériaux constitutifs) ou d’échelles spatiales (plusieurs dizaines de kilomètres cubes pour les gisements d’hydrocarbures et les nappes d’eau souterraines, à quelques millimètres cubes pour certains types de membranes filtrantes), les milieux poreux occupent une large place et jouent un rôle important dans de nombreux secteurs industriels et phénomènes naturels. En se limitant à quelques exemples typiques, on peut notamment citer : le génie pétrolier, le génie chimique et l’électrochimie, l’hydrogéologie, la géothermie, le génie thermique, le génie civil, la médecine, la biochimie...

Les phénomènes qui se déroulent dans les milieux poreux dépendent, en général, d’un certain nombre de propriétés dont : les propriétés de stockage des fluides (soit sous forme adsorbée sur le solide, soit remplissant les pores), les propriétés de transferts (masse, quantité de mouvement, énergie) et enfin les propriétés mécaniques. Comme pour tous les systèmes hétérogènes polyphasiques, ces propriétés sont évidemment fonction de la morphologie de la matrice et des phénomènes qui se développent et interagissent dans les différentes phases, ce qui rend le champ d’étude des transferts de chaleur en milieux poreux particulièrement vaste. De ce fait, les éléments développés ici n’ont pas la prétention d’épuiser le sujet. Ils tentent simplement, après l’introduction des notions indispensables, concernant la caractérisation des milieux poreux, de constituer une synthèse et une initiation à des ouvrages plus spécialisés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-b8250


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5. Transfert de chaleur par rayonnement

Comparativement à la conduction et à la convection, le rayonnement a été relativement peu étudié en milieu poreux. Avec l’élaboration de nouveaux matériaux : fibres, céramiques, frittés, et l’élargissement des plages des températures d’utilisation de ces matériaux, on observe cependant un net accroissement des activités de recherche dans ce domaine. L’étude du rayonnement dans les isolants poreux semi-transparents à forte porosité, utilisés aussi bien aux températures cryogéniques qu’à celles des fours industriels, a notamment fait l’objet de nombreux travaux au cours de la dernière décennie. Comme en témoignent les analyses développées dans  , dont ce qui suit est directement inspiré, la compréhension et la modélisation de ce mode de transfert en milieu poreux sont néanmoins encore bien peu satisfaisantes.

5.1 Équation du bilan d’énergie

Si le volume élémentaire représentatif (VER), siège des transferts conductifs-convectifs, est de surcroît traversé par un rayonnement thermique, l’équation de l’énergie...

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