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RÉSUMÉ
Les mécanismes de changement de phase sont présents dans de nombreux domaines: opérations industrielles de séchage, géothermie, échangeurs… Plusieurs modèles macroscopiques sont possibles: par exemple darcéen ou inertiel pour le bilan de quantité de mouvement, ou bien modèles équilibre local ou non-équilibre local pour le bilan d’énergie. Les teneurs en eau d’équilibre dépendent des effets capillaires et d’adsorption. Un modèle complet est complexe. Sous certaines conditions, un modèle de transport de l’eau sous la forme d’une équation de diffusion non linéaire peut constituer une bonne approximation. Cependant, les champs de saturation, température, concentrations, pression et vitesses sont souvent complexes, reflétant les divers mécanismes affectant le transport de l’eau.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Abdelkader MOJTABI : Professeur émérite - Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, France
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Marc PRAT : Directeur de recherche CNRS émérite - Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, France
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Michel QUINTARD : Directeur de recherche CNRS émérite - Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, France
INTRODUCTION
Cet article, consacré aux transferts de chaleur avec changement de phase en milieu poreux, fait suite à l’article « Transferts de chaleur dans les milieux 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 :
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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.
MOTS-CLÉS
capillarité Séchage adsorption modèle de transport de l'eau équation de diffusion non linéaire
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2008 par Serge BORIES, Abdelkader MOJTABI, Marc PRAT, Michel QUINTARD
- Version archivée 2 de janv. 2019 par Abdelkader MOJTABI, Marc PRAT, Michel QUINTARD
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Conclusion
Bien que les transferts de chaleur avec changement de phase en milieu poreux fassent toujours l’objet de très nombreux travaux de recherche, avec la considération de problèmes de plus en plus complexes ou nouveaux (milieux très peu ou au contraire très perméables, transferts couplés, nanothermique, etc.), l’ingénieur dispose d’un ensemble de connaissances (résultats et modèles) et d’outils expérimentaux et numériques permettant des prédictions satisfaisantes pour un grand nombre de problèmes. Aussi bien du point de vue théorique qu’expérimental, l’exploitation de ces connaissances se heurte cependant encore souvent, non seulement aux difficultés de détermination des propriétés de transfert effectives, mais également aux difficultés associées à la mesure locale d’un grand nombre de variables. La progression des outils de caractérisation (tomographie, etc.) et de calcul numérique (calcul haute performance) laisse entrevoir des avancées futures significatives.
Enfin, certains aspects de changement d’échelle sont loin d’être épuisés et stabilisés d’un point de vue de la recherche. On peut citer les modèles d’écoulements en milieux très perméables, ou très peu perméables (problématique non abordée dans cet article), les situations non-équilibre local, les couplages forts avec éventuellement du transport réactif (combustion in situ des réservoirs d’hydrocarbures, etc.) et les situations multiconstituants avec en particulier la présence d’incondensables.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KURZ (W.), FISHER (D.F.) - Fundamentals of solidification. - Trans Tech Publications, Rockport, MA (1984).
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(2) - NI (J.), BECKERMANN (C.) - A Volume-averaged two-phase Model for Transport Phenomena during Solidification. - Met. Trans., 22B, p. 349-361 (1991).
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-
(5) - DERLUYIN (H.), PRAT (M.) - Cristallisation de sels en milieu poreux. - ISTE Éditions 2023.
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(6) - QIN (F.), FEI (L.),...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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