Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
On désigne par milieu poreux un solide de forme complexe renfermant des cavités appelées pores. Les milieux poreux sont le siège de multiples phénomènes physico-chimiques et de transport. L'étude de ces phénomènes nécessite la connaissance des propriétés de stockage des fluides, des propriétés de transferts et éventuellement des propriétés mécaniques. Les transferts de chaleur en milieux poreux sont souvent complexes. Cet article introduit les notions indispensables concernant la caractérisation des milieux poreux, puis établit une synthèse et une initiation à des ouvrages plus spécialisés.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
A porous medium refers to a complex solid with cavities called pores. A large variety of physico-chemical and transport phenomena occur in porous media. The study of such phenomena requires the knowledge of the storage properties of fluids as well as transfer and mechanical properties. Heat transfers in porous media are often complex. After having presented the essential notions concerning the characterization of porous media this article provides a synthesis and an initiation to more specialized literature.
Auteur(s)
-
Abdelkader MOJTABI : Professeur université Paul Sabatier Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse (France)
-
Marc PRAT : Dr CNRS Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse (France)
-
Michel QUINTARD : Dr CNRS Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse (France)
-
Jean TAINE : Professeur CentraleSupélec, Université Paris-Saclay Lab. EM2C, UPR 288 du CNRS Bât. Eiffel, rue Joliot Curie, 91192 Gif-sur-Yvette Cedex (France)
INTRODUCTION
On désigne communément par milieu poreux un solide de forme complexe renfermant des cavités appelées pores. Ces cavités peuvent communiquer entre elles 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 poreuse, 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 et formations rocheuses, filtres, revêtements d’échangeurs, plats et légumes déshydratés, tissus biologiques, réacteurs nucléaires, colonnes de génie chimique, etc.
D’une très grande variété, aussi bien de structure (forme et taille des grains et des pores de la matrice, figure 1) 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, le génie nucléaire...
Les milieux poreux sont le siège de multiples phénomènes physico-chimiques et de transport. L’étude de ces phénomènes nécessite la connaissance des propriétés de stockage des fluides (soit sous forme adsorbée sur le solide, soit remplissant les pores), des propriétés de transferts (masse, quantité de mouvement, énergie) et éventuellement des 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’études des transferts de chaleur en milieux poreux particulièrement vaste. De ce fait, les éléments développés ici et dans l’article suivant [BE 8 251] qui traite des transferts de chaleur avec changement de phase 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.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
Thermal flow | porosity
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2008 par Serge BORIES, Abdelkader MOJTABI, Marc PRAT, Michel QUINTARD
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Physique énergétique
(73 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Transfert de chaleur par convection3. Transfert de chaleur par conduction
3.1 Concept de conductivité thermique effective
Si sous l’action d’un gradient de température appliqué à un milieu poreux saturé par une seule phase, le fluide non réactif saturant reste immobile, le transfert thermique au sein du milieu poreux est purement conductif. Il est par suite possible de définir la conductivité thermique effective λ* en utilisant une relation donnant le vecteur densité du flux thermique
en fonction du gradient thermique analogue à la loi de Fourier pour les milieux homogènes, soit :
( 24 )
Cette loi, que les techniques de changement d’échelle permettent de justifier formellement, peut être généralisée au cas des milieux anisotropes ; λ* est alors un tenseur
. Comme explicitement montré (§ 3.2),
dépend des conductivités thermiques λ s et λ f des phases solide (indice s) et fluide (indice f) constituant le milieu poreux, des fractions volumiques de ces phases (porosité) et de la structure de la matrice solide (continuité, état de surface, points de contacts...). Ses valeurs sont évidemment comprises entre les valeurs λ s et λ f des conductivités thermiques des phases en présence, à l’exception des matériaux dits superisolants tels que les aérogels de silice.
3.2 Modélisation du transfert de chaleur par conduction
À...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Physique énergétique
(73 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Transfert de chaleur par conduction
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHEIDEGGER (A.) - Physics of flow through porous media. - 3e Ed. University of Toronto Press (1972).
-
(2) - TOPIN (F.), BONNET (J.P.), MADANI (B.), TADRIST (L.) - Experimental analysis of multiphase flow in metallic foam: flow laws, heat transfer and convective boiling. - Advanced Engineering Material, 8(9), p. 890-899 (2006).
-
(3) - LINDQUIST (W.B.), VENKATARANGAN (A.) - Investigating 3D geometry of porous media from high resolution images. - Physics and Chemistry of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy, 24(7), p. 593-599 (1999).
-
(4) - FREDRICH (J.) - 3D imaging of porous media using laser scanning confocal microscopy with application to microscale transport processes. - Physics and Chemistry of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy, 24(7), p. 551-561 (1999).
-
(5) - VIGNOLES (G.L.), MULAT (C.), GERMAIN (C.), COINDREAU (O.), LACHAUD (J.) - Benefits of X-ray CMT for the modelling of C/C composites. - Adv. Eng. Mater., 13(3), p. 178-185 (2011).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Convection naturelle – Aspects théoriques
-
Convection naturelle – Cas particuliers
-
Convection thermique et massique – Principes généraux
-
Convection thermique et massique – Nombre de Nusselt : partie 1
-
Convection thermique et massique – Nombre de Nusselt : partie 2
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Physique énergétique
(73 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
