Dissertations / Theses: 'Échangeurs de chaleur – Matériaux'

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Almeida, Caroline Françolle de. "Nouveaux matériaux d’échangeurs de chaleur pour l’agroalimentaire." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. https://docnum.univ-lorraine.fr/ulprive/DDOC_T_2021_0205_FRANCOLLE_DE_ALMEIDA.pdf.

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Abstract:

Dans cette thèse, des matériaux carbonés ont été étudiés à l’état brut, imprégné, greffé chimiquement ou encore revêtu, pour remplacer l’acier inoxydable dans les échangeurs de chaleur et réduire l’encrassement tout en améliorant l’efficacité énergétique. Différents matériaux ont été utilisés : (i) graphite et composites à base de graphite ; (ii) carbone vitreux avec une énergie de surface et une rugosité contrôlées pour devenir des bases de surfaces poreuses imprégnées de liquide glissant (Slippery Liquid-Infused Porous Surface : SLIPS), et traitées pour devenir superhydrophobes. En outre, des revêtements et des surfaces avec une texture imprimée en 3D à base de polymères ont également été préparés. Une fois ces surfaces caractérisées (composition, structure, propriétés de surface, conductivité thermique), elles ont été testées en termes de propriétés « anti-fouling » et « fouling-release » dans un pilote de pasteurisation à l’institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement in Villeneuve d'Ascq, France. Parmi tous ces matériaux, le graphite et le composite graphite-polytétrafluoroéthylène ainsi que les revêtements à base de PVDF (polyfluorure de vinylidène) et de PTFE ont montré de bonnes propriétés fouling-release. Le carbone vitreux est devenu superhydrophile après gravure ionique réactive, a pu être converti en SLIPS en introduisant de l’huile de canola, et est devenu superhydrophobe en lui greffant des chaînes de perfluorosilane. Les résultats des tests d’encrassement ont montré que plus la surface est hydrophobe, plus la masse d’encrassement est importante, mais qu’on peut en attendre de bonnes propriétés fouling-release si leur caractère superhydrophobe, ou le piégeage de l’huile pour les SLIPS, peuvent être maintenus dans le temps. D’autre part, les propriétés fouling-release dépendent fortement du produit utilisé et des conditions du procédé ainsi que des propriétés superficielles telles que la rugosité et l’énergie de surface
In this thesis, carbonaceous materials were studied in their raw, impregnated, chemically grafted or coated state to replace stainless steel in heat exchangers and reduce fouling while improving energy efficiency. Different materials have been used: (i) graphite and graphite-based composites; (ii) glassy carbon with controlled surface energy and roughness to become bases of Slippery Liquid-Infused Porous Surface (SLIPS), and treated to become superhydrophobic. In addition, polymer-based coatings and surfaces with a 3D-printed texture were also prepared. Once these surfaces were characterized (composition, structure, surface properties, thermal conductivity), they were tested in terms of anti-fouling and fouling-release properties in a pasteurization pilot at l’institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement in Villeneuve d'Ascq, France. Among all these materials, graphite and graphite- polytetrafluoroethylene composite as well as Polyvinylidene fluoride and PTFE-based coatings showed good fouling-release properties. Glassy carbon became superhydrophilic after reactive ion etching, could be converted into SLIPS by introducing canola oil, and became superhydrophobic by grafting perfluorosilane chains onto it. The results of fouling tests showed that the more hydrophobic the surface, the greater the fouling mass, but that good fouling-release properties can be expected if their superhydrophobic character, or oil trapping for SLIPS, can be maintained over time. On the other hand, the fouling-release properties depend strongly on the product used and the process conditions as well as on surface properties such as roughness and surface energy

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Benlamlih, Rachid. "Caracterisation de milieu poreux en vue du stockage actif de la chaleur dans l'habitat : milieu granulaire utilisant un materiau a changement de phase ; milieu alveolaire hygroscopique sous forme d'un beton poreux : application a un mur composite." Perpignan, 1986. http://www.theses.fr/1986PERP0015.

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Abstract:

Simulation des transferts thermiques dans differents milieux poreux parcourus par un air caloporteur, en vue du stockage actif de la chaleur. Deux milieux ont ete etudies: empilement de spheres remplies d'un materiau a changement de phase (paraffine ou choliarolithe); beton poreux sous forme alveolaire. Differents modeles sont proposes et valides pour la simulation; les performances de stockage de chaque milieu en sont déduites.

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Soupart-Caron, Adèle. "Stockage de chaleur dans les matériaux à changement de phase." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI078/document.

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Abstract:

Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCP
This PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM

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Bolmont, Mickaël. "Comportement en milieu salin de nouveaux échangeurs de chaleur en aciers inoxydables." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0261.

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Abstract:

Les échangeurs de chaleur sont utilisés dans de nombreux secteurs car ils représentent des composants indispensables au déroulement de procédés industriels. Les divers projets de développement d’échangeurs innovants passent nécessairement par une étude matériau permettant de fixer la nuance d’alliage, le design et le procédé de conception optimum. C’est dans ce cadre que la présente étude « matériau » s’est déroulée à travers un projet institutionnel porté par Five’s Cryogénics et soutenu par la région Grand Est. L’étude physico-chimique visait à évaluer la résistance à la corrosion aqueuse en milieux chlorurés de nouveaux échangeurs construits en aciers inoxydables et assemblés par un procédé de brasage. L’objectif était d’acquérir la meilleure connaissance possible des processus élémentaires de corrosion qui pourraient affecter les dispositifs envisagés. L’objectif de la première étape de ce travail était de caractériser la microstructure des aciers et de la brasure avant et après traitement thermique (TH). Les résultats obtenus ont permis d’atteindre les objectifs visés et d’établir les évolutions structurales en surface et à cœur suite au TH mis en œuvre. Ils ont notamment montré que l’acier 316LTi est moins sujet au grossissement granulaire en température que le 316L. De plus, ils ont souligné la persistance de controverses au sujet de la stabilité de certaines phases intermétalliques (Cr6Ni16Si7) qui nuisent à l’établissement de modèles thermodynamiques fiables. L’objectif de la deuxième étape était de concentrer les investigations sur la réactivité chimique en milieux aqueux chlorurés des différentes phases intermétalliques identifiées au cours de l’étude microstructurale. Les mesures électrochimiques ont permis de caractériser leur résistance à la corrosion et conduit aux résultats suivants : i) les deux aciers présentent des vitesses de « corrosion généralisée » du même ordre de grandeur mais ce processus de corrosion n’est pas « impactant », ii) ils sont sensibles à la corrosion par piqûres, iii) ils sont passivables et la couche passive produite à haute température est particulièrement protectrice, iv) les phases constitutives de la brasure (avant TH) et du cordon brasé (post TH) sont cathodiques par rapport aux deux aciers et v) peuvent les protéger en jouant le rôle d’anodes solubles. L’objectif de la dernière étape était d’évaluer le comportement de différents assemblages suite à des immersions de plusieurs milliers d’heures
Heat exchangers are used in many sectors because they represent essential components for the development of industrial processes. Researches focusing on the development of innovative exchangers necessarily require a metallurgical study to determine the optimal alloy composition and design process. It is within this framework that the present study took place through an institutional project financially supported by Five's Cryogénics and the "Grand Est" region. The physicochemical study was undertaken to evaluate the resistance to aqueous corrosion in chloride media of new exchangers made of stainless steel of high purity and assembled by a brazing process performed at 1200°C. The objective was to acquire the best knowledge as possible of the fundamental corrosion processes that could affect the devices envisaged for specific service conditions. The objective of the first step was to characterize the microstructure of steels and brazing alloy before and after heat treatment (TH). The obtained results led to the determination of the microstructural transformation during heat treatment (HT). In particular, they showed that 316LTi steel is less subject to granular coarsening than 316L stainless steel. In addition, they evidenced the existence of Cr6Ni16Si7 remains controversial and that hinder the establishment of reliable thermodynamic models. The objective of the second step was to concentrate the investigations on the chemical reactivity in chlorinated aqueous media of the different intermetallic phases identified during the microstructural study. The electrochemical measurements have made it possible to characterize their resistance to corrosion and led to the following major results: i) the two stainless steels are susceptible to pitting corrosion and 316LTi substrate show higher performance that 316L alloy at 25 ° C but both exhibit identical performance at 60 ° C, ii) they are passivable and the passive layer produced at high temperature is particularly protective, iii ) the constitutive phases of the brazing alloy (before TH) and those appearing after heat treatment (post TH) are cathodic compared to both stainless steels and iv) they can protect them by playing the role of soluble anodes. The objective of the last step was to evaluate the behavior of different assemblies through immersion tests of several thousand hours. The obtained re.sults clearly show that after 2000 hours the tested devices are resistant to corrosion provided

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Seghrouchni, Mohammed. "Contribution à l'étude d'un échangeur granulaire à termes sources inductifs distribués : application au chauffage d'un fluide." Toulouse, INPT, 1989. http://www.theses.fr/1989INPT084H.

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Abstract:

Ce travail a ete consacre a l'etude d'un echangeur mettant en uvre le chauffage par induction d'un milieu granulaire, constitue d'un lit de billes metalliques, soumis a un ecoulement force. Le chauffage par induction est caracterise par une haute densite de puissance et une faible inertie thermique. Quant aux milieux granulaires, ils sont caracterises par une grande surface d'echange au regard du volume total occupe et par la mesure des temperatures du fluide, du solide et de la distribution du champ magnetique au sein du reacteur. Un modele mathematique simple decrivant le transfert thermique en milieux poreux a ete propose et valide experimentalement. Des coefficients d'echange thermique convectif ont ete determines par la methode dite echelon de puissance. Des correlations traduisant la variation du nombre de nusselt en fonction des nombres de reynolds ont ete proposees. La determination des coefficients d'echange permet l'acces a l'ecart de temperature solide-fluide. Celui-ci reste faible a cause de la surface d'echange disponible par unite de volume. Une analyse electrique a mis en evidence le rendcement thermique de l'installation. L'influence de la nature et du diametre des particules constituant la matrice solide ainsi que la frequence du courant dans l'inducteur sur la resistance apparente de la charge a ete examinee. Ce travail a ete complete par un dimensionnement d'un echangeur de chaleur mettant en uvre ce mode de chauffage

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Mai, Ton Hoang. "Etudes dynamique et thermique d’écoulements d'air dans une cavité de grand rapport d'allongement en régime in-stationnaire." Lyon, INSA, 1990. http://www.theses.fr/1990ISAL0062.

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Abstract:

Nous développons dans ce travail des modèles numériques de comportements thermique: et dynamique d'une paroi utilisée comme récupérateur d'énergie au moyen d'un échangeur à contre courant, intégré entre l'air extrait et l'air de renouvellement d'un local. La première partie consiste en l'étude théorique des régimes in-stationnaires du système soumis à une variation brusque de débit d'air et des gains énergétiques apportés par la présence dé l'échangeur. Les effets thermique et aéraulique sont pris en compte pour la modélisation de la paroi. Un dispositif en vraie grandeur est modifié pour obtenir un contrôle rigoureux des paramètres aéraulique et thermique permettant des expérimentations de validation des résultats théoriques. Les résultats de cette étude nous ont conduit à la modélisation d'écoulements d'air dans une cavité verticale ouverte faiblement ventilée à grand rapport d'allongement. L'ensemble de ces résultats permet d'une part d'envisager un mode de fonctionnement du système et d'autre part de mieux cerner les échanges thermiques convectifs à l'interface fluide-parois. Dans la deuxième partie nous étudions les performances thermique et énergétique de la paroi échangeur intégrée dans un bâtiment mon-ozone. Puis, nous abordons le calcul de l'économie d'énergie apportée par la paroi et comparons son gain énergétique vis à vis d'autres systèmes de récupération d'énergie (pariéto-dynamique, pariéto + P. A. C. . . . )
[In our present work we develop detailed numerical soltwares of the thermal and dynamic behaviour of an thermal instillation wall used to recover power with a counter flow heat exchanger integrated between the extracted and renewed air flow of one building. The first part consists of a theoretical study in in-stationary regime when the system is submitted to a sudden step air flow variation and the energetic gain brought by the exchanger presence. Aeraulics and thermal effects are taken into account in the wall model. Real scale apparatus is modified to obtain a rigours control of the aeraulics and thermal parameters permitting experimentations for the validation of theoretical results. This study leads to air flows modelling of an open vertical cavity weak ventilated with a large aspect ratio. All of these results permit at first to envisage the running mode of the system and secondly to better encircle convection heat transfer phenomenon at fluid-wall interface. In the second part, we study the thermal and energetic performances of this exchange wall integrated in a single zone building. Then we compute of the energy savings brought up by the wall and we compare its energetic gain in relation to other "dynamic" insulation systems (parieto-dynamic, parieto + Heat pump. . . )]

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Costea, Monica. "Augmentation des performances des échangeurs de chaleur en vue de l'optimisation thermodynamique de la machine de Stirling ; transfert de chaleur en régime instationnaire en milieu poreux." Nancy 1, 1997. http://www.theses.fr/1997NAN10184.

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Abstract:

Encadré par la thématique dans le domaine d'intérêt de l'Energétique-Environnement ce travail a abordé une direction de recherche d'actualité centrée sur l'optimisation du moteur de Stirling qui fonctionne selon un cycle avec des irreversibilités internes et externes. La première partie du mémoire rend compte des modèles d'optimisation du cycle avec irreversibilités thermiques et les conséquences sur la distribution de la conductance ou de la surface d'échange entre les échangeurs de chaleur de la machine. Ces modèles ont permis d'étudier l'influence du type de la source et du puits (thermostat ou capacité finie), de la forme de la loi de transfert de chaleur considérée (linéaire ou non linéaire), de la présence du régénérateur (échangeur en co-courant ou contre-courant) par sa conductance ou surface d'échange thermique parmi les variables du modèle, de l'influence des divers paralètres sur les performances de la machine. [. . . ]

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Damotte, Hervé. "Intensification des transferts de chaleur dans un échangeur en matériau polymérique. : Etude de l’écoulement gazeux et des performances thermiques." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0098.

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Abstract:

La substitution des matières polymères aux matériaux traditionnels apparaît progressivement dans la plupart des biens d'équipement. Les échangeurs de chaleur compacts suscitent des travaux de recherche et de développement liés à l'utilisation de ces nouveaux matériaux. L'optimisation d'un tel échangeur nécessite l'étude des performances aérauliques et thermiques de la surface d'échange. Deux types de surfaces sont étudiées : un faisceau tubulaire et un empilage de plaques alvéolaires. Les résultats d'essais, pour un faisceau tubulaire, sont présentés et comparés aux lois de la littérature. Une étude bibliographique relative à l'intensification des échanges de chaleur, complétée par des visualisations d'écoulement a permis de sélectionner deux types de surfaces améliorées : des plaques ondulées et des plaques munies d'obstacles bidimensionnels. Pour un encombrement identique, leurs performances thermiques égalent ou dépassent celles de la batterie métallique qui sert de référence. Par contre, les pertes de pression aérauliques au travers de telles surfaces se révèlent pénalisantes. Le régime d'écoulement entre deux plaques parallèles est laminaire. Les résultats expérimentaux obtenus sont comparés à ceux d'une surface lisse. Une étude locale d'écoulement dans un entrefer d'un jeu de plaques lisses munies d'obstacles est effectuée
Polymers have gradually replaced materials traditionally used in many industrially manufactured equipment. The utilization of such materials in compact heat exchangers requires the pressure drop and thermal characterization of the new surfaces. In the present research project, two geometries of heat exchangers made of polymeric materials has been studied: a tube bundle and a plates equipped with internal channels for the liquid flow. The experimental results for the tube bundle are compared with data available in the literature. A survey of the enhanced heat transfer literature provided guidelines for the selection of the surfaces to be used in the preliminary flow visualization investigation. These data, in turn, allowed for the final decision concerning the design of the exchanger to be tested. These were wavy plate exchangers and plates equiped with two-dimensional protrusions. The thermal performances obtained equalled or surpassed those of the same volume metallic exchanger whereas the pressure drop over the surface was substantially higher. Laminar flow between the plates was observed. The experimental results were also compared with those of a smooth polymer surface. Local flow conditions between two adjacent smooth or enhanced plates were also investigated

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Villemure, Charles. "Optimisation à l'aide d'algorithmes génétiques d'un stratifié poreux soumis à un flux thermique en convection naturelle." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24394/24394.pdf.

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Bouquet, Nicolas. "Etude de la formation des joints soudés par diffusion : application aux échangeurs de chaleur compacts." Thesis, Dijon, 2014. http://www.theses.fr/2014DIJOS050/document.

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Abstract:

Les échangeurs compacts à plaques soudés-diffusés sont une solution prometteuse dans de nombreux domaines (nucléaire, (pétro-)chimie, solaire…) du fait de leurs performances. Ils sont envisagés pour le système de conversion d’énergie du réacteur nucléaire ASTRID. Pendant le soudage CIC, la problématique est double: maîtriser la déformation des canaux et l’évolution microstructurale du matériau tout en obtenant des interfaces résistantes. Cette thèse s’intéresse à la compréhension et à la maîtrise de la microstructure des assemblages pour définir des critères « procédé » permettant l’obtention d’interfaces non marquées par le procédé et le maintien d’une taille de grains fine. Après une caractérisation approfondie de leur surface et de l’évolution au chauffage de leur microstructure, le comportement au soudage de tôles en acier austénitique 316L a été étudié en faisant varier les paramètres liés au procédé (température et pression de soudage) et au format des tôles (épaisseur, état de surface…). Les résultats montrent que la formation de l’interface est associée à des mécanismes de croissance de grain classiques avec un ancrage interfacial plus ou moins marqué selon les caractéristiques des surfaces. Les propriétés mécaniques des assemblages ont été testées afin de déterminer la nocivité des défauts rencontrés. Si les pores constituent le défaut le plus pénalisant, l’influence d’autres hétérogénéités a été mise en évidence. Les étapes de formation des interfaces ont ensuite été identifiées par la réalisation de cycles de soudage interrompus. L’intérêt d’une approche numérique par la méthode Level-Set pour simuler les évolutions microstructurales est finalement discuté
Compact diffusion bonded heat exchangers are an attractive option in many fields (nuclear, (petro-)chemistry, solar…) due to their performance. This type of concept is especially intended for manufacturing the energy conversion system of the ASTRID reactor. During diffusion bonding by HIP, the problem is twofold: the channel deformation and microstructure evolution must be controlled, while at the same time, highly resistant interfaces are desired. This thesis is focused on the understanding and the control of the bonded components microstructure prepared by HIP in order to define « process » criteria to achieve welds in agreement with specifications of components containing fluidic channels: interfaces unaffected by the process and small grain size. After a detailed characterization of their surface and microstructural evolution during heating, the behavior of AISI 316L austenitic steel sheets has been examined in a parametric study by varying the parameters related to process (diffusion bonding temperature and pressure) and welding material (thickness, surface finish…). The results show that the interface formation is driven by conventional grain growth mechanisms with an interfacial pining more or less marked depending on surface characteristics. The mechanical properties of assemblies have been tested to determine the influence of defects. Though pores are the most critical default, the influence of other heterogeneities has also been highlighted. The different steps of bond formation have been identified by performing interrupted diffusion bonding test. The interest of modeling approach by Level-Set method to simulate microstructure evolution has been finally discussed

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Nemer, Maroun. "Modélisation de fours de brasage sous vide et validation expérimentale. Méthode de réduction du temps de brasage." Paris, ENMP, 2005. http://www.theses.fr/2005ENMP1348.

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Sadouk, Hamza Chérif. "Modélisation de l'encrassement en régime turbulent dans un échangeur de chaleur à plaques avec un revêtement fibreux sur les parois." Phd thesis, Université Paris-Est, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00499251.

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Abstract:

Les transferts de chaleur par convection forcée turbulente dans une conduite plane partiellement remplie par un milieu poreux sont étudiés numériquement. L'étude concerne l'analyse de l'encrassement dans un canal plan représentatif d'un échangeur de chaleur à plaques. Un fluide, ayant un fort pouvoir encrassant, est considéré en régime turbulent. L'objectif de cette étude est de proposer une technique qui repose sur l'utilisation de matériaux fibreux comme capteur de particules pouvant réduire les méfaits de l'encrassement. Cela consiste à essayer de réduire la résistance d'encrassement en agissant sur les propriétés thermiques du dépôt. L'étude de la cinétique de l'encrassement permet de déterminer la loi de variation de l'épaisseur du dépôt au cours du temps. Cette équation est couplée aux équations de conservation. Un modèle de conductivité thermique effective (fluide, dépôt, fibres poreuses) a été choisi et le phénomène de colmatage de la matrice poreuse est considéré. L'apport du milieu poreux sur les performances de l'échangeur est analysé

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Paturaud, Josselin. "Etude des phénomènes de fatigue sur les alliages d'aluminium brasés de faibles épaisseurs pour les échangeurs thermiques automobiles." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI011/document.

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Abstract:

La plupart des échangeurs thermiques automobiles sont fabriqués à partir de tôles d’aluminium brasées dont l’épaisseur a été constamment réduite au cours des dernières années à cause de contraintes économiques et environnementales. Dans le même temps, les contraintes subies par les échangeurs thermiques ont également augmenté ce qui a accrue le risque de défaillance par fatigue mécanique, en particulier au niveau des tubes. Dans cette étude, une caractérisation détaillée des mécanismes d’endommagement cyclique à l’œuvre dans les radiateurs de refroidissements automobiles a été effectuée dans le but d’améliorer leur fiabilité. La matière standard utilisée pour la fabrication des échangeurs, utilisée comme référence dans ce travail, consiste en une plaque très fine (plus petit que 0,27mm d’épaisseur) composée de trois alliages d’aluminium co-laminés (4045/3916/4045). Afin d’évaluer l’effet de la structure de ce « sandwich » sur les mécanismes d’endommagement, des matières composées d’une unique couche (3916) ainsi que de 4 couches (4045/3003/3916/4045) ont également été produites. Toutes ces matières, ont été brasées dans le but d’obtenir un état de surface et des propriétés mécaniques représentatives d’un échangeur thermique de série. Des essais de fatigue à amplitude de contrainte constante ont été réalisés à température ambiante, -30°C et 120°C pour i) caractériser l’effet de la structure du sandwich sur la résistance cyclique des différentes matières étudiées et ii) l’effet de la température sur les mécanismes d’endommagement en fatigue. Les phases d’amorçage et de propagation des fissures ont pu être étudiées par la mise en place de techniques de suivi 2D et 3D. Ces techniques, couplées à une caractérisation précise de la microstructure des matières, ont permis de clarifier les mécanismes d’endommagement conduisant à la rupture par fatigue de ces fines plaques et, notamment, de pointer le rôle clé du placage résiduel (issu de la fusion du 4045) sur les mécanismes d’endommagement
Nowadays, most of the automotive heat exchangers are made of brazed aluminium sheets. Due to economic and environmental issues, the thickness of heat exchanger components have been reduced. Concomitantly, the stress undergone by the heat exchanger increased which raised the risk of fatigue failure, and particularly on tube for radiators. In this work, a detailed characterization of the cyclic damage mechanisms in car heat exchangers has been carried out. The standard material used to make radiator is a very thin (plu petit que 0.27mm) aluminium sheet composed by 3 layers (4045 /3916/ 4045). To assess the effect of the structure of this “sandwich” on the damage mechanisms, materials composed of a single layer (3916) and composed of 4 layers (4045/3003/3916/4045) have also been studied. All materials have been brazed in similar industrial conditions in order to obtain representative metallurgical and surface conditions. Fatigue tests at constant stress amplitude have been performed at room temperature, -30°C and 120°C to i) characterize the sandwich structure effect on the cyclic resistance of the studied materials and ii) to study the effect of temperature on the fatigue damage mechanism.Crack initiation and propagation have been observed by 2D and 3D monitoring techniques. These techniques, in addition to a detailed microstructure characterization of the materials, allowed to clarify the damage mechanisms leading to fracture in fatigue of these thin sheets and, in particular, to point out the key role of the residual clad (left by the 4XXX melting) on the damage mechanisms

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Piton, Maxime. "Récupération de la chaleur fatale : application aux fours rotatifs." Thesis, Nantes, Ecole des Mines, 2015. http://www.theses.fr/2015EMNA0235/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse part d’un constat : d’importantes pertes thermiques sont observées lors de l’élaboration des matériaux du génie civil. Motivés par l’ajout d’une double enveloppe, les travaux contenus dans ce manuscrit visent à caractériser un échangeur de chaleur appliqué en paroi des fours rotatifs. Tout d’abord, un modèle intégré est développé, puis validé sur une centrale d’enrobage dont la paroi intérieure du four est munie de releveurs nécessaires au mélange des matériaux. Leur distribution dans la section transversale est estimée à partir d’une loi de déchargement granulaire. Les expérimentations numériques montrent que les transferts Gaz / Solide et Solide / Paroi dominent, ce dernier phénomène limitant les performances globales du procédé. L’ajout de l’échangeur sur paroi mobile est quant à lui exploré sur un banc d’essai instrumenté de type rotor-stator, avec entrée tangentielle. Développant un écoulement de type Taylor-Couette-Poiseuille, les transferts thermiques pariétaux sont caractérisés expérimentalement. Les résultats sont sans équivoque dans la gamme de nombres de Reynolds imposés : la contribution du mouvement axial surpasse le mouvement rotationnel turbulent. Une corrélation adimensionnelle basée sur le nombre de Nusselt est proposée afin d’estimer numériquement l’effet de l’échangeur sur les profils de température internes dans le four. Enfin, les structures tourbillonnaires de l’écoulement dans l’espace annulaire sont étudiées à partir d’un code de mécanique des fluides numériques utilisant la Simulation aux Grandes Echelles. Les simulations permettent de décrire les cellules contrarotatives au sein de la couche limite turbulente dont l’amplitude et la fréquence de passages sont reliées aux paramètres de fonctionnement de l’échangeur (débit axial et vitesse de rotation du four)
This work results on a finding: the heat loss from rotary kiln represents a significant energy amount during materials processing in civil engineering domain. Motivated by traditional energy recovery methods from heat exchanger, this thesis is aimed at providing their rigorous thermodynamic diagnostics. Firstly, a thermal-granular model is developed, and then validated in asphalt plant whose the rotary kiln is composed of flights to ensure the materials mixing. Their cross-section distribution is calculated from a granular discharge law. The numerical experiments showed an increase of heat transfer phenomena between gases and solids, and those between the solids and the wall, this latter phenomenon limiting the process performances. Heat recovery exchanger applied to the rotary kiln is studied from a semi-industrial pilot based on a rotor stator configuration including a tangential inlet. Developing a Taylor-Couette-Poiseuille flow, the heat transfer results are undoubted in the range of the studied Reynolds numbers: the axial motion contribution is larger than the rotational turbulent motion. A dimension less criterion is proposed in order to be applied to the aforementioned integrated model including the heat exchanger applied to the rotary kiln, its effect being assessed upon the internal thermalprofiles. Finally, the vortices flow structure within the annular gap exchanger is studied from Large Eddy simulation. The amplitude and frequency passage of the contrarotatives cells located in the turbulent boundary layer are connected to the process parameters (the axial flowrate and the kiln shell rotation)

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Latef, Kaddour. "Contribution à la propagation des ondes et aux transferts thermiques dans les matériaux multicouches et aux modélisations des échanges thermiques." Lille 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LIL10110.

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Abstract:

L'étude est une contribution : d'une part à la propagation des ondes (E. M. ), acoustiques, optiques. . . ) et aux transferts thermiques dans les matériaux multicouches d'autre part à une étude expérimentale et une modélisation des transferts thermiques dans les bâtiments. A partir des équations de Maxwell et de la théorie des lignes pour la propagation des ondes E. M. , nous donnons les quadripôles équivalents aux matériaux homogènes et linéaires. Nous généralisons la méthode pour les ensembles multicouches et donnons le quadripôle équivalent, nous donnes le coefficient de réflexion, de transmission, etc. Nous étendons cette méthode à toutes les ondes. Par analogie, nous assimilons les transferts thermiques à une propagation «fictive» nous donnons le quadripôle équivalent, nous définissons une impédance «fictive», une constante de propagation «fictive». Nous séparons les contributions flux radiatifs, flux convectifs et nous montrons que les difficultés sont liées aux stratifications des couches d'air et aux couplages flux radiatifs-flux convectifs. L'essai de modélisation porte sur les échanges thermiques et en particulier les couplages. Nous donnons une contribution sur les échanges thermiques et en particulier les couplages. Nous montrons que pour les parois légères il faut négliger l'influence des couplages radiatifs. Les résultats obtenus en régime transitoire valables à quelques % près et nous montrons pourquoi il est difficile―compte tenu de nombreux paramètres―d'obtenir mieux

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Arzamendia, Lopez Juan Pablo. "Métholodogie de conception des matériaux architecturés pour le stockage latent dans le domaine du bâtiment." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0060/document.

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Abstract:

L'utilisation de systèmes de stockage par chaleur latente constitue une solution permettant l'effacement du chauffage d'un bâtiment résidentiel pendant les périodes de forte demande. Une telle stratégie peut avoir pour objectif le lissage des pics d'appel en puissance du réseau électrique. Cependant, la faible conductivité des matériaux à changement de phase (MCP) qui constituent ces systèmes et le besoin d'une puissance de décharge importante imposent l'utilisation de matériaux dits "architecturés" afin d'optimiser la conductivité équivalente des matériaux stockeurs. Nos travaux s'intéressent plus particulièrement à la méthodologie pour la conception de matériaux pour ces systèmes afin de satisfaire aux exigences de stockage d'énergie et de puissance de restitution. La méthodologie proposée dans ces travaux de thèse est dénommé « Top-down methodology ». Cette méthodologie comporte trois échelles : l'échelle bâtiment (top), l'échelle système et l'échelle matériau (down). L'échelle bâtiment a comme objectif de spécifier le cahier des charges. A l'échelle système, des indicateurs de performance sont définis. Enfin, à l'échelle matériau, l'architecture du matériau solution est proposée. Un outil numérique modélisant le système de stockage par chaleur latente de type échangeur de chaleur air/MCP à été développé pour évaluer les indicateurs de performance. Ce modèle numérique est vérifié avec un cas analytique et validé par comparaison avec des données expérimentales. La méthodologie développée est mise en œuvre dans un deuxième cas d'étude pour le même type de système de stockage. L'analyse du système via les nombres adimensionnels permet d'obtenir des indicateurs de performance du système. A l'issue de cette étape, les propriétés matériaux et fonctionnelles optimales du système sont donc connues. Enfin, un matériau architecturé est alors proposé afin de satisfaire les exigences du système de stockage. Nous montrons alors que par l'intermédiaire d'une plaque sandwich contenant des clous et du MCP les propriétés matériaux nécessaires sont obtenues. De plus, afin de satisfaire aux exigences en termes de propriétés fonctionnelles, le design du système est modifié en ajoutant des ailettes sur les surfaces d'échange. Nous montrons que avec 20 ailettes de 3mm d'épaisseur sur la surface d'échange de la planche à clous, le chauffage est effacé pendant 2h lors de la période de forte demande journalière pendant l'hiver
The use of energy storage systems that exploit latent heat represents a promising solution to erase the heating demand of residential buildings during periods of peak demand. Equipping a building with such components can contribute to the goal of peak shaving in terms of public electricity grid supply. Significant drawbacks, however, are the low thermal conductivity of Phase Change Materials (PCM) that typically constitute such systems,and the requirement for a high rate of discharge. Consequently, the use of so-called architectured materials has been put forward as a means to optimize the effective conductivity of storage materials. Our work is focused upon the development of a methodology to design optimal materials for such systems that meet the criteria of energy storage and energy output. A so-called “top-down metholodogy” was implemented for the present work. This approach includes three scales of interest: building (top), system and material (down). The aim of the building scale analysis is to formulate a set of general design requirements. These are complemented by performance indicators, which are defined at the scale of the system. Finally, at the scale of the material, the architecture of the identified material is elaborated. A numerical simulation tool was developed to determine performance indicators for a latent heat energy storage system comprising of an air/PCM heat exchanger. This model was tested against a benchmark analytical solution and validated though comparison to experimental data. The developed methodology is applied to the specific case of an air/PCM exchanger latent-heat energy storage system. The system is analysed through the study of dimensionless numbers, which provide a set of design indicators for the system. As a result of this stage, the optimal material and functional properties are thus identified. Finally, an architectured material is proposed that would satisfy the design requirements of the storage system. We demonstrate that an arrangement composed of a sandwich of planar layers with nails and PCM can offer the required material properties. Furthermore, in order to meet the desired functional properties, the system design is modified by the addition of fins at the exchange surfaces. With the addition of 20 fins of 3mm thickness attached to the exchange surface of the sandwich panel, the storage system eliminated the heating demand for 2 hours during the period of high daily demand in winter

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Lissner, Michael. "Utilisation des matériaux à changement de phase pour une gestion thermique optimale des modules de refroidissement moteur." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066063.

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Abstract:

L'intégration d'un accumulateur de chaleur dans les systèmes de refroidissement d'un véhicule permet d'optimiser la gestion thermique du groupe motopropulseur et ainsi de réduire la consommation et les émissions polluantes du véhicule. L'intérêt d'un tel accumulateur réside dans sa capacité à stocker / déstocker de l'énergie dans des matériaux à changement de phase (PCM) avec des puissances échangées en adéquation avec les besoins de l'automobile. La problématique scientifique concerne l'intensification, dans un volume restreint, des transferts thermiques dans le matériau de stockage. Le recours à des échangeurs compacts et l'optimisation de la géométrie des ailettes du côté du PCM permettent d'une part de maximiser la puissance échangée grâce à l'augmentation de la surface d'échange avec le PCM et d'autre part d'optimiser la capacité énergétique en améliorant le taux de remplissage en PCM. Le problème est abordé ici de deux façons : théorique, par le développement d'un modèle numérique d'optimisation, puis expérimentale, par la mise au point d'un banc d'essai et de prototypes. Le modèle numérique, validé à partir d'essais, a servi à optimiser la conception de l'accumulateur de chaleur. Enfin, l'intégration de ce composant dans un module de refroidissement pour améliorer la montée en température du groupe motopropulseur a montré des gains significatifs sur le temps de fonctionnement à froid du moteur, réduisant ainsi les émissions polluantes
Integration of heat accumulator within engine cooling systems allows to optimize powertrain thermal management and to reduce vehicles consumption and pollutant emissions. Interest of such accumulators lies in their capacity to store and release energy within phase change materials (PCM) with powers in accordance with the automotive needs. Scientific problem concerns heat transfer enhancement, for a limited volume, in a phase change material. The use of compact heat exchangers filled with PCM and the optimization of fin design allow to maximize heat transfer thanks to extended heat transfer area with PCM. On the other hand, energy storage capacity is optimized by increasing PCM volume ratio. The problem is approached by two ways: theoretically, by the development of a numerical model of optimization, and experimentally, by the development of a test bench and several prototypes. The numerical model of heat accumulator, validated with test results, was used to run a parametric study to optimize the conception of the heat accumulator, in particular the fin design. Finally, integration of this new component within the cooling system in order to improve the warm-up of the powertrain has shown significant gains on the functioning time of engine during cold start, leading to reduced pollutant emissions

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Buteri, Aurélien. "Etude de l'endommagement en fatigue d'alliages d'aluminium brasés pour échangeurs thermiques automobiles." Thesis, Lyon, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAL0077/document.

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Abstract:

L'automobile nécessite l'utilisation d'échangeurs thermiques permettant d'assurer au moteur des conditions de fonctionnement en température acceptables (autour de 90°C). La fiabilité de ces échangeurs ne peut être négligée car ils peuvent être à l'origine de complications mécaniques importantes en cas de dysfonctionnement. La maîtrise des divers modes d'endommagement des échangeurs thermiques liés aux conditions d’utilisation devient dès lors un enjeu incontestable pour les industriels en charge de leur production, tant du point de vue matériaux, que du comportement général de la structure en service (influence du procédé d'assemblage, design,...). Les échangeurs thermiques présentent aujourd’hui une sensibilité accrue aux sollicitations thermomécaniques cycliques induites en service, du fait, essentiellement, d’une constante diminution des épaisseurs des composants. Celle-ci est responsable d’une augmentation significative des contraintes internes pour des conditions en service identiques, pouvant avoir pour conséquence directe et irréversible la rupture d’un tube, témoin d’une incompatibilité matière/design/process. Deux configurations matières industrielles ont ici été étudiées. Il s’agit de structures tri-couches colaminées de type tube, constituées respectivement de deux et trois alliages d’aluminium distincts (4xxx/3xxx/4xxx ou 4xxx/3xxx/7xxx), pour une épaisseur totale de 270µm. Ces dernières ont été développées pour permettre l’utilisation du procédé de brasage comme procédé d’assemblage (alliage 4xxx). Toutefois, une telle architecture, combinée à un procédé thermique d’assemblage sévère (600°C), est responsable d’une modification profonde de la microstructure avec l’apparition de structures de solidification, responsables entre autres de nombreuses irrégularités de surface (appelées Gouttes de Placage Résiduelles - GPR) ainsi que d’importants gradients de propriétés mécaniques dans l’épaisseur. Ces travaux de recherche s’appuient sur une approche expérimentale et numérique développée pour étudier les mécanismes d'endommagement en fatigue relatifs à de telles structures fines hétérogènes. Associant diverses techniques expérimentales telles que la corrélation d’images numériques (2D-3D) ou la tomographie à rayons X (de laboratoire ou à l’ESRF), elle permet une analyse précise des mécanismes d’amorçage et de propagation des fissures de fatigue (sur éprouvette de fatigue classique ou de type échangeur thermique). Le rôle des différents placages dans chacune des phases de l’endommagement a ainsi été mis en évidence (4xxx : amorçage, 7xxx : propagation des fissures). Des simulations par la méthode des éléments finis nous ont permis de compléter ces observations en proposant une quantification précise de l’influence de l’état de surface (GPR) sur la tenue en fatigue des éprouvettes testées. Enfin, des essais de fatigue réalisés directement sur échangeurs thermiques ont permis de corroborer les résultats obtenus sur éprouvettes modèles
The automotive industry, like many other industrial fields, requires the use of heat thermal exchangers to allow optimal thermal service conditions of the engine (around 90°C for a car engine). The exchangers’ reliability has to be guaranteed to avoid a decrease of the engine efficiency or detrimental mechanical damage resulting from too high service temperatures. It is therefore necessary to control the different damage modes of such thermal heat exchangers according to the conditions of use. Thanks to their good thermal, corrosion and mechanical properties, aluminium alloys have steadily replaced copper alloys and brass for manufacturing heat exchangers in cars or trucks. Such components have been constantly optimized in terms of exchange surface area and, nowadays, this has led to Al components in heat exchangers with a typical thickness of the order of 0.2 to 1.5 mm. With such small thicknesses, the load levels experienced by heat exchangers components has drastically increased leading to an important research effort in order to improve the resistance to damage development during service life. Two industrial materials made of 3 co-rolled aluminium alloys (total thickness 0.27 mm) have been studied. In spite of their small thickness, the materials exhibit a composite structure comprising a core material (3xxx alloy) and 2 clads (4xxx and/or 7xxx alloys according to material configuration: 4xxx/3xxx/4xxx or 4xxx/3xxx/7xxx). The lower melting point 4xxx alloy is used for producing the heat exchanger assembly during a brazing process while the 7xxx alloy improves internal corrosion resistance. Such complex architecture, combined to the severe brazing thermal treatment, leads to important microstructural modifications, mainly characterized by the formation of brazing joints or Clad Solidification Drops (CSD) on the surface. Both of them are responsible for significant gradients of the mechanical properties on the thickness. The present study is based on an original experimental and numerical approach developed to characterise the different fatigue damage mechanisms operating in such thin heterogeneous structures. Digital image correlation (2D-3D) and X-rays tomography (at different resolutions) have been used to analyze the crack initiation and propagation mechanisms, highlighting the impact of each clad on each damage step. While the 4xxx clad corresponds to preferential crack initiation zones, the 7xxx clad seems to affect significantly the crack propagation phase. Finite Elements simulations have been carried out to complete these experimental observations, putting forward an accurate quantification of the surface state influence (through the CSD). All the different results and observations made on fatigue samples with a simplified geometry have been finally confirmed by fatigue tests on thermal exchanger configurations

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Bykalyuk, Anna. "Contribution à l'étude des échanges convectifs à l'interface fluide paroi en présence de matériaux à changement de phase : Application au bâtiment." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0132/document.

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Abstract:

De récentes études expérimentales ont montré que les valeurs usuelles du coefficient d’échange convectif sont différentes en présence de matériaux à changement de phase. Cette thèse de doctorat porte sur l'étude numérique des échanges convectifs fluide/paroi dans une cavité ouverte en régime dynamique. Plus précisément, les parois étudiées sont une paroi avec une capacité thermique et une paroi qui contient des matériaux à changement de phase. Trois modèles distincts ont été développés. Dans un premier temps un modèle (modèle 1) qui concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi résistive (temperature imposée) en régime laminaire stationnaire a été développé et validé. Les résultats ont été confrontés avec la littérature. Ensuite, les échanges convectifs à la surface d’une plaque capacitive (modèle 2) soumise à une rampe de température d’air ont été étudiés. Finalement, un troisième modèle (modèle 3) a été développé, à la suite du modèle 2. Ce dernier modèle concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi contenant des matériaux à changement de phase en régime dynamique. Les résultats obtenus révèlent des pics locaux du flux de chaleur au cours du temps. Ce fait témoigne du changement d’état à l’intérieur de la paroi qui contient le materiau à changement de phase. De plus, les courbes des coefficients d’échanges convectifs moyens révèlent la dépendance du coefficient d’echange convectif à la capacité thermique du materiau. Par conséquent, la présence des matériaux à changement de phase à l’intérieur d'une paroi influence l’évolution et la forme de la couche limite thermique
Recent experimental studies have shown that the usual values of the convective heat transfer coefficient h are no longer valid in the presence of phase change materials. Three separate models were developed. Initially a model 1 which treats the fluid-wall (constant temperature) interaction in steady laminar flow has been developed and validated. Then, the wall with heat capacity (model 2) subjected to an air temperature ramp were studied. Finally, a third model (3) has been developed which treats the interaction fluid-wall which contains a phase change material. The results show local peaks of heat flow over time. This fact reflects the phase change inside the wall. Moreover, the curves of the convective heat transfer coefficient indicate the dependence of the coefficient h to the wall’s energy storage capacity. Therefore, the presence of the phase change materials within a wall effect and changes the shape of the thermal boundary layer

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Amokrane, Mounir. "Étude et mise en œuvre de couplage thermoélectrique en vue de l'intensification d'échange de chaleur par morphing électroactif." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://oatao.univ-toulouse.fr/11499/1/amokrane_partie_1_2.pdf.

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Abstract:

Le développement et l’utilisation de nouveaux matériaux, tel que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), a permis un accroissement sensible des densités d’énergie traitées par les nouveaux composants de l’électronique de puissance, assortie d’une augmentation de leur compacité. Parallèlement à ces progrès technologiques, la généralisation de l’électricité en tant que vecteur d’énergie primaire au sein de systèmes de plus en plus répartis, incluant des moyens de traitement de l’information au plus près de la fonction réalisée, ouvre la voie à une nouvelle génération de systèmes mécatroniques hautement intégrés. Or, l’émergence de ces nouvelles fonctions soulève une question critique liée au mode de refroidissement de ces éléments. Cette question est intimement couplée aux aspects énergétiques et à leur impact environnemental, imposant une amélioration significative des rendements énergétiques mesurés à l’échelle de la fonction complète. C’est dans ce contexte que l’étude présentée traite tout d’abord de systèmes de récupération de la chaleur résiduelle dissipée au sein de systèmes électroniques de puissance en vue d’alimenter de manière autonome des capteurs, où autres systèmes fonctionnels, via l’énergie « ambiante » ainsi récupérée. Parmi les consommateurs plus particulièrement ciblés, des fonctions innovantes d’intensification par voie électromécanique des échanges de chaleurs au sein d’échangeurs thermique sont étudiées et mises en œuvre. A terme, l’idée serait ainsi d’alimenter les systèmes d’actionnement assurant l’optimisation des échanges de chaleur au sein du système de refroidissement d’une carte électronique au moyen même de la chaleur qu’elle dissipe, récupérée sous forme d’énergie électrique. A cette fin, les différents procédés de conversion de la chaleur en électricité sont examinés, modélisés et mis en œuvre dans la suite de ce travail. Deux types de conversion d’énergie complémentaires sont tour à tour considérés : La conversion par effet thermoélectrique, utilisant l’effet Seebeck qui a lieu en présence d’un gradient de température et l’effet pyroélectrique qui apparait en présence de variation temporelle de la température. Ces deux phénomènes sont analysés et décrits à l’aide de modélisations physiques et comportementales, incluant une approche expérimentale ayant nécessité la mise en place de bancs d’essai spécifiques. L’électricité récupérée par conversion pyroélectrique est par la suite mise en forme grâce à des systèmes de redressement à faible tension de seuil spécialement développés. La faisabilité de systèmes d’alimentation autonomes de capteurs déportés, où de systèmes d’émission (ponctuelle) de mesure, est alors concrètement démontrée en se basant sur les résultats obtenus. Ouvrant la voie à un concept de refroidissement actif des puces électroniques, tirant directement parti de la chaleur dissipée pour son alimentation grâce aux deux procédés préalablement étudiés, la problématique de l’intensification des transferts de chaleur au sein de boucles de refroidissement mécaniquement activées est abordée dans la dernière partie du mémoire. Cette activation est réalisée à l’aide d’un système d’actionnement multicellulaire réparti à base d’actionneurs piézoélectriques. Développée en étroite collaboration avec des équipes de thermodynamiciens, l’idée est de réaliser un pompage de fluide ainsi qu’une modification des échanges de chaleur au sein d’un système de transfert de chaleur en activant les parois de l’échangeur de chaleur par déformation. Le système d’actionnement préconisé est tout d’abord étudié et simulé par un calcul par éléments finis. Un prototype est construit et caractérisé sous conditions réelles dans un deuxième temps. Le système d’actionnement multicellulaire composé d’un ensemble d’actionneurs et d’un système d’alimentation paramétrable multivoies est alors intégré au sein d’un banc d’essai d’échange de chaleur spécifiquement développé. Cette expérience constitue une première étape fondamentale dans la mise au point de systèmes électroactifs, potentiellement autonomes, permettant l’intensification des échanges de chaleur au sein de boucles de refroidissement à haute performance destiné à l’électronique de puissance.

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Schaal, Emmanuel. "Comportement en corrosion de matériaux métalliques commerciaux et modèles dans des conditions types UVEOM." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0192/document.

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Abstract:

La corrosion des échangeurs de chaleur est un problème économique et technique majeur des Unités de Valorisation Energétique de Ordures Ménagères (UVEOM). Elle est causée par l’action combinée (i) des gaz de combustion contenant notamment HCl et SO2 et (ii) des cendres riches en chlorures et sulfates alcalins, et sels de métaux lourds. Les travaux présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans le projet ANR SCAPAC (n°11-RMNP-0016) et portent sur l’influence des paramètres expérimentaux (température, teneur en chlorures dans les cendres, présence de gaz corrosifs et présence de chlorures de métaux lourds dans les cendres) sur la tenue à la corrosion de deux alliages utilisés en milieu UVEOM : l’acier 16Mo3 et l’alliage base nickel Inconel 625. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que la présence de phases fondues, l’augmentation de la teneur en chlorures, la présence de 10% en masse de ZnCl2 dans les mélanges de cendres et la présence de gaz corrosifs (HCl, SO2) dans l’atmosphère sont trois facteurs qui ont induit une corrosion plus importante sur les matériaux, de manière plus prononcée sur l’alliage base fer. Une autre partie du travail s’est focalisée sur l’influence des éléments d’alliage Fe, Cr et Mo. Des alliages « modèles » dont les compositions oscillent autour de la composition de l’alliage Inconel 625 commercial ont été synthétisés par fusion haute fréquence et leur tenue à la corrosion a été évaluée sous air et sous atmosphère corrosive. La bonne optimisation de l’alliage commercial a ainsi été démontrée sous air. Sous atmosphère gaz corrosifs, une teneur en chrome supérieure à 22% massique s’est montrée indispensable à la bonne tenue de l’alliage
Corrosion of heat exchangers is an economic and technical issue in Waste-to-energy plants. It is caused by the combined action of (i) flue gas containing HCl and SO2 and (ii) chlorides and alkali sulfates rich ash. This work is part of the ANR project SCAPAC (supported by the ANR-11-RMNP 0016) and focused on the influence of experimental parameters on the corrosion behavior of two commercial alloys used in Waste-to-Energy plants: the 16Mo3 steel and the nickel-based alloy Inconel 625. This study allowed to highlight that the presence of molten phase, the increase in the chloride content, the presence of 10% by weight of ZnCl2 in the ash mixtures and the presence of corrosive gases (HCl, SO2) in the atmosphere are three factors that have induced an higher corrosion of materials, more pronounced on the iron alloy base. Another part of the work has been focused on the influence of alloying elements Fe, Cr and Mo. Thus, model alloys with compositions oscillating around the composition of Inconel 625 commercial alloy were synthesized by high frequency induction and their corrosion resistance was evaluated in air and in corrosive atmosphere. Good optimization of the commercial alloy has been demonstrated in air. In corrosive atmosphere, a minimum chromium content was required to obtain a good corrosion resistance

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Mustapha, Rasha. "Hybrid refrigeration system with a novel membrane exchanger." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM073.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse est de proposer une méthodologie et un outil de modélisation pour concevoir des systèmes hybrides de réfrigération et de climatisation à haute performance, abordables et flexibles. Il se concentre sur des systèmes hybrides basés sur le couplage d'un cycle de dessiccation et un cycle de compression de vapeur permettant un contrôle efficace de l'humidité dans les applications de climatisation et un fonctionnement sans givre dans les applications de réfrigération. Le travail a été développé pour étudier une nouvelle conception d'un échangeur membranaire de chaleur et de masse à l'aide de membranes originales et d'une nouvelle conception liée à la distribution de liquide. La conception tire parti des matériaux à faible coût qui sont testés expérimentalement à l'aide d'une nouvelle méthodologie pour déduire leur perméabilité de la vapeur d'eau qui affecte significativement le transfert de masse. Un prototype de l'échangeur membranaire proposé est alors construit et une approche de modélisation des phénomènes de transfert de chaleur et de masse est développée et appuyée par des caractérisations expérimentales. Ce modèle est ensuite utilisé pour étudier l'intérêt énergétique de l'intégration de ces échangeurs dans les applications de climatisation et pour concevoir une architecture flexible capable de faire face à la variation saisonnière du rapport de charge latente à sensible. Les résultats montrent que le système hybride étudié présente des solutions alternatives prometteuses comparé aux cycles conventionnels, où ils peuvent améliorer de façon significative les performances et réduire la consommation d'électricité
The major objective of this thesis is to propose a methodology and a modeling tool to design high performance, affordable and flexible hybrid refrigeration and air conditioning systems. It focuses on hybrid systems based on coupling a desiccant cycle with a vapor compression cycle allowing an efficient humidity control in air conditioning applications and a frost free operation in refrigeration applications. The work was developed to investigate a novel design of a membrane based heat and mass exchanger using original membrane materials and new design related to liquid distribution. The design takes advantage of materials with low cost that are experimentally tested using a new methodology to infer their water vapor permeability that greatly affects the mass transfer. A prototype of the designed membrane exchanger is then built and a modeling approach of the heat and mass transfer phenomena is developed and is supported by experimental characterization. This model is then used to study the energy interest of the integration of these exchangers in air conditioning applications and to design a flexible architecture able to cope with the seasonal variation of the latent to sensible load ratio. The results show that the studied hybrid system present promising alternatives for conventional cycles where they can significantly improve the performance and decrease the consumption of electricity

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Ramadane, Abdel-Haq. "Les évaporateurs-absorbeurs-échangeurs : nouveaux concepts, modélisation, expérimentation." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1987. http://www.theses.fr/1987NAN10017.

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Abstract:

On s'intéresse aux cas de transfert de chaleur et de matière simultanés tels que celui d'un absorbeur-échangeur à film ruisselant appliqué au cas d'une pompe à chaleur à absorption. Des modèles mathématiques tenant compte de la structure de l'échangeur-absorbeur et des régimes d'écoulements du film et du fluide caloporteur sont développés pour différentes conditions aux limites. Les résultats expérimentaux obtenus pour un évaporateur-condenseur-mélangeur, lors de l'absorption de la vapeur d'eau par une solution concentrée de bromure de lithium, sont en accord avec les prévisions des modèles

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Jadal, Mariam. "Conception et caractérisation d'un échangeur-stockeur composé d'un matériau à changement de phase dopé en conductivité." Thesis, Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020NANT4008.

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Abstract:

La récupération de rejet thermique présente un enjeu important pour l’amélioration de l’efficacité énergétique et économique. Le stockage par chaleur latente présente une solution prometteuse pour synchroniser la production, avec la consommation. Nous nous sommes intéressés aux applications à cycles thermiques courts. Cependant les Matériaux à Changement de Phase (MCP) sont peu conducteurs. Un concept à base de paraffine et de Graphite Naturel Expansé (GNE) a été fabriqué et caractérisé. Le MCP possède une cinétique de cristallisation présentant deux transformations différentes. La fonction de cinétique de cristallisation de chaque transformation a été identifiée. La conductivité thermique plane et les résistance thermiques de contact ont été identifiées, en phase solide et liquide à l’aide d’un dispositif expérimental couplé à un modèle numérique développant une méthode inverse. Ensuite, le changement de phase d’une plaque et d’un cylindre encalpsulé d’aluminium a été modélisé numériquement en utilisant trois formulations de conservation d’énergie (méthode enthalpique, capacité thermique apparent, et de cinétique de cristallisation) et a été aussi validé expérimentalement. Une simulation 2D par éléments finis, associée à une méthode analytique d’un échangeur-tubulaire composé d’un réseau de plaques a été réalisée. Enfin, une étude de vieillissement d’une plaque unitaire et de plusieurs cylindres encapsulés a été réalisée et a permis de confirmer la stabilité thermique du matériau composite
The recovery of thermal waste is an important factor to improve the efficiency and economy of energy. Latent heat storage appears to be a promising solution of this problem and to synchronize the production and consumption of energy. We are interested in industrial applications with short thermal cycles. However, Phase Change Materials have low thermal conductivity. A concept based on paraffin and Expanded Natural Graphite (ENG) was manufactured and characterized. PCM has crystallization kinetics with two different transformations. The crystallization kinetics function of each transformation has been identified. The planar thermal conductivity, and the thermal contact resistance was identified in solid and liquid phases, using an experimental device coupled with a numerical model developing an inverse method. A phase change study of a plate and of an encapsulated aluminum cylinder was carried out using three energy conservation methods (enthalpy method, apparent specific heat, and crystallization kinetics), and experimentally validated. A 2D finite element simulation, associated with an analytical method was used for a tubular exchanger composed of a network of plate. Finally, an aging study of a single plate and encapsulated cylinders was carried out. The study confirms the thermal stability of the composite material

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Marck, Gilles. "Optimisation topologique des transferts de chaleur et de masse : application aux échangeurs de chaleur." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00794779.

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Les transferts de chaleur et de masse sont deux phénomènes physiques à la base de nombreux systèmes thermiques employés dans des secteurs variés tels que l'industrie, le bâtiment ou encore les énergies renouvelables. Les présents travaux de recherche envisagent différentes méthodologies d'optimisation de configurations assurant le transfert de flux de chaleur, couplé ou non à un écoulement fluide, au sens topologique du terme. Les équations aux dérivées partielles décrivant les phénomènes physiques sont discrétisées avec la méthode des volumes finis. La première partie du manuscrit examine successivement trois classes différentes de méthodes: la théorie constructale, les automates cellulaires et les méthodes par pénalisation. Le même cas académique, portant sur le refroidissement d'un volume fini générant de la chaleur, est résolu au moyen de ces trois méthodes, ce qui permet ainsi de comparer les performances de chaque algorithme. Cette comparaison démontre l'ascendant des méthodes par pénalisation sur les deux premiers types, tant structurellement que quantitativement, et permet également d'établir des solutions basées sur des compromis dans le cadre d'optimisations multi-objectifs. Par conséquent, la seconde partie envisage l'application de cette approche à des configurations réalisant des transferts de chaleur conducto-convectifs en régime laminaire. L'utilisation de paramètres de pénalisation en conjonction avec les volumes finis requiert une régularisation de la dissipation visqueuse le long de l'interface fluide/solide. Une approche bi-objectif est développée visant à minimiser la puissance dissipée par le fluide, tout en maximisant l'énergie thermique récupérée sur le système. Les solutions obtenues adoptent des configurations non-triviales qui sont divisibles en quatre classes topologiques différentes. La thèse ouvre ainsi un nouveau champ d'investigation pour l'optimisation d'écoulements couplés à la problématique du transport de chaleur.

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Ortega, Del Rosario Maria de los Ángeles. "Système de stockage et transfert d'énergie par chaleur latente adaptable au rafraîchissement d’air en bâtiments : conception et analyse thermique." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0197/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse visent à concevoir et étudier une unité d'échangeur de chaleur air-MCP en tant que solution passive a la problématique du contrôle de confort thermique dans les bâtiments pendant l'été, fournissant des directives de conception et une intégration facile aux bâtiments. Les MCP présentent une grande capacité de stockage par unité de volume, ce qui leur permet de contribuer à la réduction de la consommation d'énergie liée aux applications de rafraîchissement. Bien qu'ils présentent certains inconvénients, en tant que faible conductivité thermique, notamment dans les PCM commerciaux, une conception bien détaillée est nécessaire pour atteindre des performances thermiques adéquates.La première partie de cette thèse examine les systèmes existants à travers une étude bibliographique, mettant en évidence la relation géométrique avec la physique et la performance thermique. Cette recherche a fourni les bases pour le développement d'une conception d'une unité air-MCP, suivant une méthodologie de résolution de problèmes développée par le laboratoire I2M. Une matrice de mots-clés a été obtenue à partir des phénomènes physiques et de l'analyse fonctionnelle de l'unité. A partir de cette matrice, l'analyse des brevets a inspiré la conception qui a abouti à un échangeur de chaleur air-PCM à faisceau tubulaire avec des tubes verticaux alignés perpendiculairement au flux d'air.Le développement d'outils de conception et d'intégration dans les bâtiments a été recherché au moyen d'une modélisation permettant de prédire avec précision les performances thermiques du système. Les modèles simplifiés sont préférés pour cette tâche. Néanmoins, ils peuvent sous-estimer les performances réelles si les phénomènes physiques impliqués ne sont pas correctement comptabilisés. Alors,des approches expérimentales locales et globales ont été utilisées pour parvenir à une compréhension de la physique associée aux cycles de charge et de décharge dans l'unité air-MCP. Pour cela, un banc d'essai a été installé, mesurant la température et le débit d'air dans différentes conditions d'entrée, accompagné d'un suivi visuel à travers des images numériques. Les traitements d'images et des données ont été utilisés pour obtenir des indicateurs de performance thermique et des corrélations équivalentes en utilisant des nombres adimensionnels connus pour les mécanismes de transfert de chaleur convectifs-conducteurs dans le PCM.Ces découvertes ont permis de développer des modèles de résistance thermique et d'enthalpie qui rendent compte de la complexité des phénomènes impliqués dans l'unité pour la prédiction de la performance. Enfin, la performance thermique du système a été testée dans deux applications de bâtiments : en tant qu'unité mobile dans une maison PEH à Gradignan dans un bureau du labo I2M
The present work aims to design and study an air-PCM heat exchanger unit as a passive solution for thermal comfort assessment in buildings during summertime, providing tools to ease the design and building integration. The PCM present a large storage capacity per volume unit where by, they can contribute to the reduction of the energy consumption related to cooling applications. Although, theyshow some drawbacks, as a low thermal conductivity in commercial PCM, so a wellthought design of these kind of systems is necessary to achieve adequate thermal performances.The first part of this thesis surveys the existing systems through a literature review,highlighting the geometry relation with the physics and thermal performance. This search provided the bases for the development of an air-PCM unit design, following a problem-solving methodology developed by the I2M laboratory. A keyword matrix was obtained from the physical phenomena and functional analysis of the unit. From this matrix, the patents analysis provided inspiration for the design resulting in a tubebundle air-PCM heat exchanger with vertical tubes aligned perpendicular to the airflow.The development of design and integration in buildings tools was sought through a modeling that can accurately predict the thermal performance of the system.Simplified models are preferred for this task. Nevertheless, they can under predict the actual performance if the physical phenomena involved is not properly accounted. Then, local and global experimental approaches were used to achieve anunderstanding of the physics associated with charging and discharging cycles in theunit. For this, a test bench was installed, measuring temperature and airflow underdifferent in let conditions, accompanied by a visual tracking through digital images.Image and data processing were used to obtain thermal performance indicators and equivalent correlations using known dimensionless numbers for convective conductive heat transfer mechanisms in the PCM.These findings allowed the development of thermal models based on energy balances, that accounted the complexity of phenomena involved in the unit for performance prediction. Finally, the thermal performance of the system was tested intwo buildings applications: as a mobile unit in a PEH house in Gradignan and as anactive façade in a building in Talence
El presente trabajo tiene como objetivo diseñar y estudiar una unidad intercambiador de calor aire-PCM como presentan una solución pasiva al conforttérmico en edificios durante el verano, proporcionando herramientas para facilitar el diseño y la integración en edificios. Los PCM una gran capacidad de almacenamiento por unidad de volumen, por lo que pueden contribuir a la reducción del consumo de energía relacionado con las aplicaciones de refrigeración. Estos materiales presentan algunos inconvenientes en cual su uso, como una baja conductividad térmica, típica en PCM comerciales, por lo es necesario un diseño que tome en cuenta esta problemática para lograr rendimientos térmicos adecuados. La primera parte de esta tesis examina los sistemas existentes a través de unarevisión de la literatura, destacando la relación de geometría con los fenómenos físicos y el rendimiento térmico. Esta búsqueda proporcionó las bases para el desarrollo de un diseño de unidad aire-PCM, siguiendo una metodología de resolución de problemas desarrollada por el laboratorio I2M. Se obtuvo una matrizde palabras clave a partir de los fenómenos físicos y el análisis funcional de launidad. A partir de esta matriz, el análisis de patentes proporcionó inspiración para el diseño que dio como resultado un intercambiador de calor PCM de aire y haz detubos verticales alineados perpendicularmente al flujo de aire.El desarrollo del diseño y la integración en herramientas de edificios se buscó através de un modelo que pudiese predecir con precisión el rendimiento térmico delsistema. Los modelos simplificados son los preferidos para esta tarea. Sin embargo,su poder de predicción puede verse afectada si los fenómenos físicos involucradosno se contabilizan adecuadamente. Es por ello que se utilizaron enfoques experimentales locales y globales para lograr una comprensión de la física asociadacon los ciclos de carga y descarga en la unidad. Se realizó una instalación de unbanco de pruebas, que permitió mediciones de temperatura y flujo de aire en diferentes condiciones de entrada, acompañado de un seguimiento visual a travésde imágenes digitales. El procesamiento de imágenes y datos se utilizó para obtener indicadores de rendimiento térmico y correlaciones a partir de números adimensionales relacionados con mecanismos de transferencia de calor porconvección y conducción en el PCM.Estos hallazgos permitieron el desarrollo de modelos térmicos para la predicción delrendimiento, basados en balances de energía de cada volumen de control.Finalmente, el rendimiento térmico del sistema se probó en dos aplicaciones deedificios: como una unidad móvil en una casa PEH en Gradignan y dentro de una oficina del laboratorio I2M

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Abdelaziz, Fadila. "Contribution à l'étude de la convection dans les faisceaux tubulaires : effets de l'orientation des tubes et de la génération de bulles en paroi." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1989. http://www.theses.fr/1989NAN10459.

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Abstract:

Ce travail est une contribution à l'étude de la convection dans les faisceaux tubulaires. Les effets de l'orientation des tubes et de l'électrogénération de bulles en paroi sont étudiés. Les investigations sont expérimentales. Une méthode électrochimique (la polarographie) est utilisée pour la détermination des coefficients de transfert de matière. La thèse se compose de deux parties. Les travaux de la première partie consistent en la détermination expérimentale des lois de perte de charge et de coefficient d’échange dans un faisceau de cylindres. L’écoulement est caractérisé par une incidence variable par rapport aux tubes et des nombres de Reynolds élevés. Les essais sont réalisés en écoulement monophasique dans des faisceaux de tubes inclinés, à pas carré en ligne, de pas réduit : 1. 45 et pour cinq inclinaisons différentes de l’écoulement, allant de la direction transversale à la direction de l’axe des tubes. Les coefficients de transfert sont mesurés par la méthode polarographique. Une correlation empirique est ainsi obtenue puis comparée à celles proposées dans le littérature. Une corrélation de perte de charge est également obtenue, déduite de mesures de pression statique. L’échange de matière sur les plaques porte-tubes à également été étudié, dans le cas du faisceau transversal. Enfin, nous avons complété cette première partie par des essais spécifiques au problème des générateurs de vapeur, concernant l’influence de différentes géométries de plaques entretoises sur le transfert en aval de la plaque (en écoulement axial). Dans la deuxième partie, nous avons déterminé expérimentalement les coefficients d’échange, en écoulement forcé sans bulles d’abord, en présence d’électrogénération gazeuse ensuite. L’écoulement sur le cylindre de mesure est transversal et de faible vitesse. Dans un premier cas, nous avons étudié le transfert de chaleur entre un cylindre chauffé et un écoulement transversal de solution de KOH 1N. La même étude est reprise pour le cylindre situé dans un faisceau de tubes ne participant pas à l’échange. L’arrangement des tubes dans le faisceau est en quinconce. Dans un second cas, nous avons étudié le transfert de matière sur le cylindre à l’aide de la technique polarographique. Il est ensuite placé dans un faisceau de tubes, pour une étude similaire. Enfin, pour compléter cette deuxième partie, nous avons effectué des essais dans un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire

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Allen, Benoît. "Optimisation d'échangeurs de chaleur : condenseur à calandre, réseau d'échangeurs de chaleur et production d'eau froide." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27364/27364.pdf.

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Papadopoulos, Alexandros. "Contribution à l'étude des échangeurs à contact direct sel-gaz utilisant la chaleur latente." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1987. http://www.theses.fr/1987ECAP0039.

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Abstract:

Revue générale des échangeurs classiques et des différentes innovations dans ce domaine; l'étude se limite au cas de l'échangeur sel/gaz utilisant la chaleur de fusion en distockage. Applications industrielles pour la récupération de chaleur sur les effluents et intégration dans des procédés de fabrication. Utilisation de la technique des injecteurs vibrants pour la production de gouttes de diamètre voisin du M/M

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Weber, Christophe. "Développement de méthodes d'analyse avancées de données expérimentales sur les phénomènes d'encrassement d'échangeurs thermiques en conditions réelles de fonctionnement." Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT4045.

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Abstract:

L’absence d’outils dédiés, permettant aux industriels d’agir efficacement sur les phénomènes d’encrassement des échangeurs thermiques est à l’origine de cette étude. L’objet de la thèse est de construire une méthodologie pour permettre d’évaluer in situ les paramètres caractéristiques de l’effet d’encrassement, de mettre en œuvre et de valider ensuite des méthodes d’analyse de ces données pour en extraire un outil de prédiction des effets d’encrassement à partir de la connaissance d’un nombre réduit de données de fonctionnement. Cette démarche réalisée pour différents systèmes thermohydrauliques identifiés et instrumentés privilégie des processus d’encrassement dans des récupérateurs thermiques sur fumées et gaz de combustion ainsi que sur des eaux chargées. Nous concentrerons nos efforts sur les phénomènes d’encrassement d’échangeurs en environnement réel, en insistant sur le développement des méthodologies d’identification des cinétiques d’encrassement et sur les démarches de validation pour des cas concrets. Enfin, une application de programme de maintenance, par différentes stratégies de nettoyage limitant les dégradations de l’efficacité des installations étudiées, sera conduite : elle permettra d’identifier les stratégies les plus adaptées. La finalité de la démarche étant destinée à terme, pour une installation quelconque, de développer un outil expert à partir d’un nombre réduit d’informations. Celui-ci permettrait d’évaluer la cinétique d’encrassement de l’équipement thermique pour une période future et d’élaborer une pratique de maintenance dans la perspective d’une réduction des coûts énergétiques et des coûts d’intervention
The lack of dedicated tools, enabling at industrials to act effectively on the fouling phenomena in heat exchanger is the origin of this study. The purpose of the thesis is to develop a methodology in order to assess - in situ -at the characteristic parameters of the fouling effects, implement and then validate the data analysis methods to extract a fouling effects prediction tools from the knowledge of a limited number of operating data. This approach realized for different identified and instrumented thermohydraulic systems favors the fouling process in heat exchangers on charged water. We will focus on the phenomena of fouling of heat exchangers in a real environment, with emphasis on the development of methodologies to identify the fouling kinetic's and on the approach for validation of practical and concrete cases. Finally, application of a maintenance program by different cleaning strategies limiting the degradation of the efficiency of the facilities studied will be conducted: it will identify the most appropriate strategies. The purpose of the initiative, intended to run for any installation, is to develop an expert tool from reduced amount of information. This tool assesses to evaluate the kinetics of fouling of the thermal equipment for a future period and develop a maintenance practice from the perspective of reducing energy costs and costs of intervention

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Hamza, Anis. "Amélioration du transfert de chaleur à l’interface solide/fluide des échangeurs de Soleil." Thesis, Reims, 2013. http://www.theses.fr/2013REIMS026/document.

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Le but de cette thèse est de développer des moyens expérimentaux et une méthodologie de résolution du problème de transfert de chaleur lors du refroidissement des absorbeurs de lumière et des optiques utilisés pour le conditionnement du faisceau sur le Synchrotron de SOLEIL. Des prototypes d’absorbeur de chaleur, munis de dissipateurs à mini-canaux et mini-picots trapézoïdaux, ont été fabriqués et testés expérimentalement sur un banc d’essais conçu pour permettre des mesures dans l’air et sous vide. Des corrélations ont été proposées. Des mesures de résistance thermique de contact ont été également conduites pour les dissipateurs dédiés au refroidissement des optiques sur leur face arrière. Ces résistances ont été minimisées par l’application d’un dépôt de couche mince en argent.Une technique de résolution du problème de transfert par méthode inverse, à partir de l’association de plusieurs tests avec excitation localisée, a été développée. Cette technique a permis de réduire considérablement le nombre de calculs numériques, mais elle devrait être améliorée pour réduire l’impact des erreurs de mesure sur les résultats
The purpose of this Ph. D. thesis is to develop a methodology and an experimental set-up for the study of the heat transfer problem in the cooling of the light beam absorber used in Synchrotron SOLEIL. Three different prototypes of the heat sink with mini-channels and diamond shaped pin fins were manufactured and tested experimentally. The test facility allows the measurements in both atmospheric conditions and under low pressure in a vacuum chamber.Measurement of the thermal contact resistance were also conducted for the heat sinks. This is an important issue in the cooling of the optics on their back side. These resistances have been minimized by the application of a silver thin layer coating.We have proposed here also a basis of a new technique for the resolution of the inverse problem by a combination of several tests with localized heat excitation. This technique has greatly reduced the number of numerical calculations in the adjoint problem and achieved a rapid convergence to the solution. It should be improved for minimizing the effects of the measurement errors on the heat transfer coefficient curve

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El, Khatib Hamed. "Etude expérimentale des écoulements thermoconvectifs le long d'une plaque verticale non uniformément chauffée dans une cavité (Rayleigh de l'ordre de 108)." Toulouse, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAT0033.

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Abstract:

L'objectif de notre travail est de mieux connaitre les ecoulements thermoconvectifs le long d'une plaque verticale non uniformement chauffee, dans une cavite dont les conditions aux limites sont bien controlees, et pour des nombres de rayleigh voisins de 10#8. L'etude est experimentale et consiste, en premier lieu, a scruter, avec precision les profils thermiques au voisinage de cette plaque non isotherme. Nous avons mis au point un modele semi-analytique de correction des temperatures mesurees. Nous obtenons ainsi, avec une precision de 0,15 k, les profils thermiques reels. Plusieurs types de courbes ont pu etre mis en evidence, les classiques que l'on trouve face a une paroi isotherme, mais aussi celles qui presentent des extrema, ou des paliers. Nous avons egalement, a partir des mesures effectuees pour plus de 19 cas repartis en six groupes, calcule les densites de flux parietaux, les coefficients d'echanges convectifs locaux et moyens, et propose, enfin, des formules de correlation de la forme nu = f(ra).

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Surugue, Evelyne. "Étude de l'influence de la puissance de l'échangeur sur la stratification dans un ballon de stockage d'eau chaude sanitaire : contribution à l'étude du coefficient d'échange des échangeurs serpentins." Paris 12, 1988. http://www.theses.fr/1988PA120021.

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Probleme de la convection prpvoquee par le serpentin de chauffage dans un ballon d'equ chaude, et entrainant une modification de la stratification thermique. Modelisation. Calcul des dimensions geometriaues de l'echangeur

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Gherasim, Iulian. "Contributions à l'analyse de l'écoulement et du transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur à plaques." Thèse, Université de Sherbrooke, 2011. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1965.

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Abstract:

Le but de la présente étude est d'élargir la base de connaissances sur l'écoulement et le transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur à plaques. Pour cela, une étude expérimentale et des simulations numériques ont été réalisées. Le montage expérimental a servi à valider le modèle numérique et à explorer le régime de convection mixte. Le modèle numérique représente fidèlement l'ECP utilisé dans ce travail, qui contient deux canaux confinés par des plaques de type chevron. La validation a été faite pour le régime laminaire et pour le régime turbulent, dans lequel un modèle de turbulence a été choisi comme le plus adéquat, suite à une étude comparative entre plusieurs modèles. Le modèle numérique a été utilisé pour compléter les données expérimentales et pour explorer des niveaux intangibles expérimentalement. Ainsi, les champs thermique et d'écoulement dans cet ECP ont été étudiés pour deux combinaisons de fluide : eau - eau et eau - huile de moteur. On a mis en évidence la non-uniformité du champ de températures et le fait que pour ce type particulier d'ECP, les fluides suivent préférentiellement deux passages lisses situés le long des bords des canaux. La dépendance du nombre de Reynolds de ces phénomènes a été mise en évidence. Le modèle numérique a pu être modifié pour évaluer l'effet des canaux lisses périphériques sur le transfert de chaleur et les pertes de pression. Ce modèle consiste de la même géométrie, avec ces canaux périphériques obturés. Cette comparaison montre que l'absence des passages lisses provoque l'augmentation du transfert thermique et aussi, des pertes de pression. Une autre modification portant sur la comparaison des configurations verticale et en diagonale a été faite numériquement. Des différences quantitatives insignifiantes concernant les performances thermiques et hydrauliques ont été remarquées. Une investigation sur l'influence de la convection naturelle sur le transfert de chaleur et les pertes de pression a été faite. Dans ce but, le montage expérimental a été muni d'un pivot avec lequel l'ECP pouvait être inversé. On a conclu que la position de l'ECP influence significativement sur les performances thermiques et sur les pertes de pression dans le régime d'écoulement de faible nombre de Reynolds.

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Hamdad, Ahmed. "Pompe à chaleur sol-eau." Lyon, INSA, 1988. http://www.theses.fr/1988ISAL0080.

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Abstract:

Les pompes a chaleur. En permettant la récupération de chaleur à bas niveau de température dans l'environnement, sont d'une utilisation intéressante avec une source froide abondante et gratuite tel que le sol. L’étude expérimentale le a porté sur une installation de 8 kW de puissance thermique au conteneur pour 3. 5 kW de puissance électrique au compresseur. La source froide, constituée par 4 échangeurs distincts, était composée de tubes implantés suivant différentes configurations Une instrumentation complète et informatisée a permis de suivre l’évolution des températures des fluides et du sol au cours de 3 hivers de fonctionnement. Les puissances soutirées ont été comprises entre 15 et 25 W lm de tube ; l'influence :e l'écartement entre les tubes, de leur profondeur d'implantation, de leur longueur e: de la nature du sol les entourant a été mise en évidence. Le coefficient de performance est toujours resté supérieur à 2 pour ces périodes de fonctionnement. Chacun des éléments constitutifs de la pompe à chaleur a été modélisé à partir des équations d état du fluide frigorigène. Pour le condenseur et l'évaporateur, la connais Z. D ce de l'état des fluides à l'entrée permet d'en déduire l'état en sortie, à partir de l'évaluation des coefficients de transferts de chaleur locaux. Le modèle du compresseur, de type hermétique tient compte d'une compression polytropique, des perles de charge aux clapets et les différents transferts thermiques entre le fluide et les éléments du groupe (carcasse moteur électrique, compresseur et huile) ou l'extérieur Chacun de ces modèles a été validé sur les résultats expérimentaux. Le modèle global de la pompe à chaleur permet, à partir des températures des sources et des débits des fluides, de connaître les performances à long terme du Système.

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Anjorin, Malahimi. "Étude de l'encrassement d'échangeurs de chaleur." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL147N.

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Abstract:

Au cours de leur fonctionnement, les échangeurs de chaleur s'encrassent. Ce phénomène se traduit par une réduction des échanges thermiques et une augmentation des pertes de pression. Le dimensionnement actuel des échangeurs privilégie les échanges thermiques. Des études récentes ont montré que l'évolution des transferts thermiques n'est pas toujours apte a rendre compte seule de l'encrassement. Cette étude, basée sur le second principe de la thermodynamique, propose un modèle global et local (1D, 2D) basé sur le critère entropique d'encrassement, et fait intervenir simultanément les deux conséquences directes de ce phénomène, à savoir les dégradations thermiques et celles basées sur les pertes de pression. L'encrassement à été simulé par un dépôt de glace en conduite cylindrique. L'étude locale a permis la localisation précise et l'évolution des dégradations d'énergie. Le modèle est validé en transfert thermique

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Bambang, Teguh Prasetyo. "Etude expérimentale du couplage convection rayonnement appliqué à des échangeurs de chaleur industriels à haute température." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1993. http://www.theses.fr/1993ECAP0311.

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Abstract:

L'objet de la thèse est d'étudier expérimentalement les transferts de chaleur en convection et rayonnement couples intervenant entre des gaz de combustion et une paroi refroidie simulant un échangeur. La section d'essai est composée d'un canal rectangulaire (0,20 m de haut, 1 m de large) dans lequel circule un mélange d'air et de produits de combustion enrichis en vapeur d'eau a une température de 500c environ. Une méthode de mesure de champ de température par déviation d'un faisceau laser a été mise au point. Cette méthode non intrusive a permis egalement de mesurer le gradient de température à la paroi et donc le flux convectif échange entre le gaz et cette paroi. Ces mesures optiques ont été complétées par des mesures de température de gaz à l'aide de thermocouples montes dans des cannes a aspiration munies d'écrans radiatifs. Les résultats expérimentaux obtenus ont été comparés avec un modèle de rayonnement introduit dans le code de calcul thermohydraulique trio développé au CEA. Un bon accord entre les résultats expérimentaux et le calcul a été obtenu.

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Lopez-Velasco, Jean-Baptiste. "Etude aérothermique expérimentale et numérique d'un système de refroidissement de parois de chambres de combustion de turbines à gaz à faibles émissions polluantes." Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2316.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de concevoir et tester un dispositif qui permet d'intensifier le flux évacué par une double-paroi de chambre de combustion à faibles émissions polluantes. L'étude bibliographique a conduit à retenir le principe d'ailettes plissées en quinconce (Offset Strip Fins). Trois double-paroi OSF ont été testées sur un banc aérothermique au moyen d'analyseurs de gaz pour le calcul des coefficients de débit, capteurs de pression, thermocouples et thermographie infrarouge. Nous avons également réalisé des mesures de vitesses par vélocimétrie laser sur une maquette OSF à échelle 40. Un modèle simplifié 1D de calcul ou de dépouillement d'essais a été écrit. La confrontation entre résultats d'essais et calculs 1D et/ou 3D Fluent RANS a permis d'évaluer la corrélation de Manglik & Bergles portant sur les pertes de charge et le coefficient de convection d'échangeurs à ailettes OSF. Une méthodologie spécifique de dépouillement a été construite et une corrélation écrite
The objective of this thesis is the conception and testing of a device which promotes the heat flux of a double-wall for low emissions combustion systems. The literature study prevailed the use of Offset Strip Fins (OSF) as heat flux promoter. Three double-wall with OSF have been tested in a combustion test cell equipped with: gas analysers, for calculating discharge coefficients, pressure sensors, thermocouples, and infrared thermometry. Velocity measurements on a 40 scale OSF also have been obtained by using Laser Doppler Anemometry. A simplified 1D model, capable of calculating temperatures profiles or analysing the experiments, is presented. The comparisons between the experimental results and the 1D / 3D RANS Fluent calculations permitted the evaluation of the Manglik & Bergles correlations concerning the pressure drop and the heat transfer coefficient of heat exchangers of the type OSF. After presenting the specific methodology of analysis a new correlation is derived

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Cazenave, Florian. "Modélisation et simulation de l’encrassement des échangeurs de chaleur pour eaux géothermales." Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3013/document.

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Abstract:

Dans le cadre de la thématique consacrée à la transition énergétique, le Laboratoire de Thermique Energétique et Procédés (LaTEP) travaille sur la géothermie profonde. Cette thèse se focalise sur l’étude de l’encrassement des échangeurs de chaleur de surface et plus spécifiquement sur la modélisation et la simulation de l’évolution d’un dépôt. L’encrassement conduit à des pertes d’efficacité et nécessite la mise en place de moyens de prévention ou de nettoyage, entraînant d’importants surcoûts. Le modèle général proposé décrit des réactions hétérogènes entre deux phases multi-constituantes, l’une liquide et l’autre solide. La phase liquide est une solution contenant des ions dilués dans un solvant, tandis que le solide est composé de constituants immobiles. L’électro-migration des espèces est prise en compte dans la description. L’interface entre les deux phases est le siège de multiples réactions hétérogènes. Les conditions aux limites faisant intervenir la vitesse de l’interface permettent le couplage complet entre les deux domaines. Ce modèle général est ensuite appliqué au cas particulier de l’encrassement d’un tube par formation de sels et résolu à l’aide de Comsol Multiphysics. La simulation d’un cas simplifié d’encrassement par le sulfate de baryum a permis d’analyser la phénoménologie de la croissance du dépôt et de mettre en évidence les effets des évolutions de la solubilité et de la cinétique via la chute de température dans le tube, ainsi que de la mobilité radiale des espèces par diffusion qui limite la croissance. L’électro-migration participe significativement au transport mais n’influence pas l’épaisseur du dépôt. L’hypothèse d’une réaction de cristallisation de la barytine instantanément équilibrée conduit à une forte surestimation de l’encrassement. La composition de l’eau est ensuite complexifiée afin d’étudier l’influence de la présence du chlorure de sodium à 1 mol.L-1, puis d’ions strontium et ainsi la co-précipitation de barytine et de célestine
In the framework of the theme devoted to the energy transition, the “Laboratoire de Thermique Energétique et Procédés” (LaTEP) is working on deep geothermal energy. This thesis focuses on the study of the fouling phenomenon of surface heat exchangers and more specifically on the modelling and the simulation of the evolution of a deposit. Fouling leads to loss of efficiency and requires means of prevention and cleaning, leading to huge over-costs. The proposed general model describes heterogeneous reactions between two multi-component phases, one liquid and the other solid. The liquid phase is a solution containing ions diluted in a solvent, while the solid is composed of immobile constituents. Transport by electro-migration is taken into account in the description. At the interface between the two phases, multiple heterogeneous reactions occur. The boundary conditions involves the interface’s velocity and allow a complete coupling between the two domains. This general model is then applied to the particular case of fouling of a pipe by salt formation and is solved using Comsol Multiphysics. Simulation of a simplified case of fouling from barium sulfate allowed an analysis of the phenomenology of the deposit growth. It highlights the effects of changes in solubility and kinetics caused by the temperature drop in the tube, as well as the effect of radial mobility of the species by diffusion, limiting the growth. Electro-migration contributes significantly to transport but does not influence the thickness of the deposit. The hypothesis of an instantly balanced barite crystallization reaction leads to an overestimation of the fouling. In a second time, more species are added to the water’s composition in order to study the influence of the presence of sodium chloride at 1 mol.L-1. Finally, the addition of strontium ions leads to co-precipitation of barite and celestine

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Mabit, Jérôme. "Étude thermomécanique dans un échangeur de chaleur à surface raclée." Nantes, 2003. http://www.theses.fr/2003NANT2081.

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Abstract:

Ce travail porte sur la caractérisation des gradients de vitesse et leur conséquence sur le traitement mécanique et thermique du produit dans un échangeur de chaleur à surface raclée (ESR). Dans un premier temps, le travail initié par Dumont (1999), une étude des frottements pariétaux, a été complétée et étendue à l'ensemble des éléments de l'échangeur (fixes et en rotation). Des observations visuelles réalisées aux faibles vitesses de rotation permettent de compléter cette étude. . .

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Niederreiter, John. "Investigation of a novel heat conveyor type of heat exchanger." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/29026/29026.pdf.

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Athier, Gilles. "Optimisation des flux thermiques au sein de réseaux d'échangeurs de chaleur." Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT005G.

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Abstract:

Nous presentons dans ce memoire une approche mathematique et numerique des problemes que posent la conception et le remodelage de reseaux d'echangeurs de chaleur selon un critere technico-economique. Pour ce faire, nous avons developpe un modele permettant de resoudre des problemes de grande taille sans avoir recours a des concepts thermodynamiques ou heuristiques qui, malgre leur capacite a obtenir des solutions de bonne qualite ont le desavantage de ne considerer qu'un espace de recherche reduit et donc de conduire a l'obtention de solutions sous optimales. L'approche retenue consiste a formuler un probleme d'optimisation de nature mixte non lineaire, resolu par une approche a deux niveaux. A un niveau superieur, un algorithme de recuit simule permet de definir diverses configurations de reseaux d'echangeurs de chaleur et de gerer les conditions de convergence du modele. Les variables de fonctionnement issues de ces structures sont optimisees a un niveau inferieur par un algorithme de programmation non lineaire. L'efficacite de la methode ainsi formulee est demontree par la resolution de nombreux exemples de conception et de remodelage. Ces problemes, composes de 4 a 75 courants proviennent de la litterature (4sp1 a 20sp1) ou de l'industrie.

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Argaud, Thierry. "Amélioration énergétique des cycles de givrage-dégivrage des PAC air/eau réversibles sur plancher chauffante." Paris, ENMP, 2001. http://www.theses.fr/2001ENMP0998.

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Sonnet, Dominique. "Développement d'un échangeur de chaleur solides/solides à jets de particules : étude de l'hydrodynamique du système et du mélange des particules sur maquette froide." Compiègne, 1993. http://www.theses.fr/1993COMP565S.

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Abstract:

L'ultrapyrolyse est un procédé de pyrolyse éclair développé à l'échelle pilote, dans lequel l'énergie nécessaire à la pyrolyse est transmise à la source carbonée (biomasse) par contact direct avec un solide caloporteur finement divisé (thermofor). Les performances en transfert de chaleur sont supposées dépendre de la qualité du mélange des solides ; un réacteur à impacts de jets polyphasiques (mijer) est étudié dans cette optique. L'analyse de l'hydrodynamique du réacteur et des mécanismes de dispersion des différents solides, sur bases d'observations visuelles des écoulements du mélange thermofor biomasse et de mesures locales de flux massique et de composition, montre la prépondérance des effets convectifs sur la dispersion turbulente. Une nouvelle méthode d'échantillonnage quasi instantané utilisant des minicyclones a été développée et appliquée à l'étude du micromélange des solides. Le mélange le plus homogène est obtenu avec un débit de biomasse élevé et une vitesse d'injection du thermofor faible. Les résultats expérimentaux peuvent être décrits à l'aide du modèle de profils similaires de smott. Des corrélations d'ajustement des paramètres du modèle dans la gamme des conditions opératoires utilisées sont présentées.

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Lagarenne, Denis. "Récupération d’énergie par les régénérateurs de chaleur des fours de verrerie : expérimentation, modélisation, optimisation." Lyon, INSA, 1990. http://www.theses.fr/1990ISAL0052.

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Abstract:

Cette étude concerne la récupération d'énergie par des régénérateurs , échangeurs de chaleur à haute température, utilisés dans l'industrie du verre. Des essais sont menés en conditions réalistes sur un régénérateur d'échelle industrielle spécialement conçu et réalisé pour cette étude. Une instrumentation abondante permet une caractérisation globale et une description locale approfondie du système. Différentes méthodes d'évaluation de la performance thermique s ont comparées. Les mécanismes d' échange de chaleur sont analysés ; les phénomènes de convection mixte sont notamment pris en compte. Un nouveau logiciel de simulation thermique transitoire est validé pas l'expérience et une géométrie originale de surface d 'échange est développée pour intensifier les transferts
[This study deals with energy recovery in high temperature regenerators of glass industry. Experiments are performed in real conditions, on an full industrial scale regenerator , specially designed and built for this stud. The measurements allow on investigation of the whole s stem and an original local description of the heat exchanger. Different methods are used to calculate the thermal performance of the regenerator The heat transfer mechanisms are analysed with some mix convection phenomenon. A new transient thermal simulation has been developed. The model is justified by the experiments. A new geometry of heat transfer surface is proposed to optimize the energy recovered. ]

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Ouchetto, Mohamed. "Contribution a l'étude des transferts thermiques pour des évaporateurs de pompe a chaleur : Application au chauffage d'un bâtiment." Angers, 1993. http://www.theses.fr/1993ANGE0007.

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Abstract:

Deux évaporateurs, de types atmosphérique et enterré, couplés à une même pompe à chaleur, ont été mis en œuvre pour extraire le maximum de calories des sources froides, afin de minimiser la consommation d'énergie et de faire fonctionner la pompe à chaleur dans des conditions optimales. L'évaporateur atmosphérique est un échangeur à ailettes et celui qui est forme d'un tube de cuivre dans lequel circule le fréon. Les appareils de mesures et le système d'acquisition mis en place, ont permis de constituer une base de données concernant l'évolution des paramètres climatiques et ceux de fonctionnement de la p. A. C. . L'étude des phénomènes d'échange entre le sol et l'atmosphère permet d'établir un bilan d'échange d'énergie et de masse à la surface du sol. La caractérisation des paramètres thermiques du sol est faite par des méthodes théoriques et expérimentales. Une modélisation numérique simule le comportement de la température du sol au voisinage de l'évaporateur enterre lors du fonctionnement de la p. A. C. Pour chauffer le local ainsi qu'une climatisation du local

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Leduc, Guillaume. "Analyse directe et inverse des échanges radiatifs : application à une enceinte habitée." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30250.

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Guichard, Aurélie. "Étude expérimentale et modélisation d'échangeur compact multifonctionnel en réaction catalytique." Toulouse, INPT, 2007. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000591/.

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Abstract:

Ce travail a pour objectif de démontrer l'intérêt de l'utilisation de structures d'échangeur compact telles que les ailettes ou les mousses métalliques pour les réactions catalytiques endothermiques gaz / solides. L'échangeur-réacteur utilisé a tout d'abord été caractérisé d'un point de vue hydrodynamique et thermique. Ce travail a conduit à l'établissement de corrélations spécifiques à chaque structure interne. Le vapo-reformage du méthanol a ensuite été choisi comme réaction modèle afin de tester les performances de l'appareil engagé en réaction catalytique hétérogène. Plusieurs revêtements catalytiques ont été testés et, le choix du catalyseur effectué, une étude en réaction de chaque structure a été réalisée afin de comparer les performances des géométries envisagées. Enfin, une simulation numérique basée sur un modèle de réacteurs parfaitement agités continus en cascade et tenant compte des phénomènes contrôlant la réaction catalytique hétérogène, a été validée par les études expérimentales. Cette modélisation a permis de dimensionner un prototype d'échangeurréacteur dans le cadre de l'alimentation d'une pile à combustible pour une automobile
Process engineering design is based on four principles: compactness, cost, security and environmental compatibility. These principles are well suited with those of sustainable development. In many chemical industrial processes, four main operations are considered: mixing, reaction, heat transfer and separation. Currently, these operations are carried out in separate devices. Thus the purpose of multifunctional heat exchangers is to combine at least two operations in one device. The term heat exchanger- reactor usually includes two processes, the chemical reaction and the heat transfer. The aim of this study is to demonstrate the interest of using compact heat exchangers (metallic fins orfoam) for catalytic reactions in process engineering. In this case, the heat exchanger is designed as a catalytic reactor, so its walls support the catalyst and the wall heat flux controls the rate of reaction. First, thermal hydraulic phenomena have been experimentally investigated to characterize the heatexchanger- reactor. This study allows to establish specific correlations for each structure. Therefore, the hydrogen production by methanol steam reforming has been selected as a model reaction to test performance of heat exchanger-reactor. Several coating techniques have been tested. Then, a systematic study with the chosen catalyst has been done for each structure to compare there chemical performances. Finally, the development and qualification of a mathematical model based on a series of CSTRs have been carried out to represent and describe the experiments. This modelling has been used to design a heat exchanger-reactor prototype to supply a fuel cell for a car

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Ferrouillat, Sébastien. "Étude du micro-mélange pour la caractérisation des performances d'échangeurs-réacteurs compacts multifonctionnels." Nantes, 2004. http://www.theses.fr/2004NANT2076.

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Abstract:

Ce travail a pour objectif la caractérisation des différents paramètres nécessaires à l'optimisation et au dimensionnement d'un échangeur-réacteur compact multifonctionnel et l'élaboration d'une méthodologie pour le dimensionnement de ce dernier. L'utilisation d'un échangeur de chaleur en tant que réacteur chimique constitue une évolution importante vers une nouvelle approche des procédés chimiques. Afin de répondre aux contraintes de fonctionnement, il est nécessaire d'avoir une connaissance précise des phénomènes régissant les transferts de matière et de chaleur. Par conséquent, une étude thermo-hydrodynamique ainsi qu'une étude du micro-mélange, basée sur une méthode physico-chimique, ont été réalisées afin de comparer les performances de transfert de matière et de chaleur des différentes géométries étudiées. La base de données établie lors de ces études et une modélisation du procédé a permis d'élaborer une méthodologie pour le dimensionnement d'un échangeur-réacteur
Various design parameters of compact heat exchanger-reactors have been characterized in order to develop a new methodology for their design and optimization. The use of compact heat exchanger as a chemical reactor constitutes a significant break trough towards a new approach of chemical processes. In order to answer the compelling operation requirements, heat and mass transfer phenomena must be precisely investigated. Therefore, by using an original physico-chemical method, micro-mixing and thermo-hydraulics of turbulent flows have been studied to compare heat and mass transfer performance of selected geometries. Based on the results of this study a substantial data base is built. Using this database a novel process modeling has led to a creative design of future compact heat-exchanger reactors

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Renard, Bertrand. "Thermo-Hydraulic behaviour of dual-channel superconducting Cable-In-Conduit Conductors for ITEER." Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11030.

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Abstract:

Afin d'optimiser le contrôle cryogénique des aimants supraconducteurs pour la fusion (ITER), les conducteurs de type câble en conduit à double canal (CICC) comprennent un canal central qui assure une résistance hydraulique minimale et une circulation d'hélium rapide. Le canal central constitué d'une spirale limite la température des supraconducteurs, mais complique singulièrement le refroidissement du câble. Les pertes de charge de la spirale centrale sont évaluées en azote puis en eau pressurisée ; un modèle de frottement hydraulique est ainsi proposé. Les températures doivent être connues dans le câble, afin de garantir le fonctionnement des supraconducteurs sous charge thermique. Il est alors possible de définir les marges et de fixer la température d'entrée. Des modèles 1D analytiques en régime permanent et transitoire ont été développés afin de mieux comprendre le couplage thermique entre les canaux du CICC. La mesure des constantes caractéristiques d'espace et de temps fournit une évaluation expérimentale de l'homogénéisation thermique interne. Un modèle simple et explicite du coefficient d'échange intercanal est proposé. Le risque de thermosiphon existant entre les deux canaux dans les parties verticales des bobines de fusion est évalué grâce à un critère. Les nouveaux modèles hydrauliques, thermiques et le critère de risque de thermosiphon permettent l'amélioration thermo-hydraulique de la spirale centrale de CICC
In an effort to optimise the cryogenics of large superconducting coils for fusion applications (ITER), dual channel Cable-In-Conduit Conductors (CICC) are designed with a central channel spiral to provide low hydraulic resistance and faster helium circulation. The qualitative and economic rationale of the conductor central channel is here justified to limit the superconductor temperature increase, but brings more complexity to the conductor cooling characteristics. The pressure drop of spirals is experimentally evaluated in nitrogen and water and an explicit hydraulic friction model is proposed. Temperatures in the cable must be quantified to guarantee superconductor margin during coil operation under heat disturbance and set adequate inlet temperature. Analytical one-dimensional thermal models, in steady state and in transient, allow to better understand the thermal coupling of CICC central and annular channels. The measurement of a heat transfer characteristic space and time constants provides cross-checking experimental estimations of the internal thermal homogenisation. A simple explicit model of global interchannel heat exchange coefficient is proposed. The risk of thermosiphon between the two channels is considered since vertical portions of fusion coils are subject to gravity. The new hydraulic model, heat exchange model and gravitational risk ratio allow the thermohydraulic improvement of CICC central spirals
Um die Kryogen-Benutzung und -Kontrolle der Supraleitenden Großmagneten für die Kernfusion (ITER) zu optimieren, wurde der Zweikanalrohrsupraleiterkabel (CICC) mit einer zentralen Spirale entworfen. Der Zentralkanal soll einen minimalen hydraulischen Widerstand und einen schnellen Heliumverkehr gewährleisten, führt jedoch zu einer schwierigeren Abkühlung des Kabels. Das qualitative und ökonomische Grundprinzip der Leiterspirale wird hier durch die Begrenzung der Supraleitertemperatur gerechtfertigt. Der Druckabfall der zentralen Spirale wird experimentell am Stickstoff und danach am Druckwasser ausgewertet und daraus ein hydraulisches Modell vorgeschlagen. Die Temperaturen im Kabel müssen quantitativ bekannt sein, um Hitzestörungen des Supraleiters während des Betriebes der Spule zu verhindern, sowie um ausreichende Spielräume mit entsprechend niedriger Eintrittstemperatur einzustellen. Es wurde analytische eindimensionale Modelle entwickelt, um die thermische Kopplung zwischen den Kanälen des CICC im Dauer- und Übergangszustand besser zu verstehen. Die Messung der Raum- und Zeit-Konstanten liefert eine Versuchsbewertung der internen thermischen Homogenisierung. Es wird ein einfaches und ausdrückliches Modell des globalen Zwischenkanal-Wärmeaustauschkoeffizienten vorgeschlagen. Das bestehende Thermosiphonrisiko zwischen den zwei Kanälen bei vertikale Fusionsspulen verweist auf ein Kriterium. Das neue hydraulische Modell, das Wärmeaustauschmodell und das Kriterium des Thermosiphonrisikos erlauben schließlich die thermohydraulische Optimierung der Kabel-Zentralspirale

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Dissertations / Theses on the topic 'Échangeurs de chaleur – Matériaux'

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