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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 :
-
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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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2008 par Serge BORIES, Abdelkader MOJTABI, Marc PRAT, Michel QUINTARD
- Version courante de mai 2025 par Abdelkader MOJTABI, Marc PRAT, Michel QUINTARD
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4. Exemples de situations de référence
En raison du caractère fortement non linéaire et couplé des équations, la validation des modèles (18), (19) et (20) ne peut se faire qu’à travers l’étude de situations physiques particulières. Les cas de référence, qui ont été choisis dans cette perspective, correspondent en général à des géométries simples, de milieux poreux homogènes et isotropes, dans lesquelles les transferts sont unidirectionnels, et à deux types principaux de conditions thermodynamiques (températures moyennes d’évolution des phénomènes inférieures ou supérieures aux conditions de saturation à la pression atmosphérique) permettant de privilégier respectivement les processus diffusifs ou convectifs.
4.1 Changement de phase aux températures inférieures à la température de saturation
On peut souvent considérer, dans ce cas, que la pression totale de la phase gazeuse est uniforme et constante. Les mécanismes contrôlant le transfert de masse sont alors la capillarité, avec éventuellement la gravité, pour le transfert en phase liquide, et la diffusion moléculaire, pour le transfert en phase vapeur. Le transfert de chaleur dépend principalement quant à lui de la conduction et du changement de phase, le transfert convectif, associé à l’écoulement des phases fluides, étant généralement négligeable. Dans ces conditions, le modèle classiquement utilisé ...
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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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