Analyse expérimentale des mécanismes d'instabilité lors de l'ébullition d'un milieu poreux chauffé à température constante

• Auteur / Autrice : Pascal Dominiak
• Direction : Christian Moyne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces liquide-liquide

Chaleur -- Convection

Stabilité

Ébullition

Résumé

L'objectif de ce travail est d'étudier de façon expérimentale et théorique les mécanismes instationnaires d'ébullition en milieux poreux. Nous nous sommes intéressés au problème de l'ébullition dans une couche poreuse constituée d'un empilement de micro-billes de verre saturé d'eau. L'étude expérimentale a consisté tout d'abord à mettre en place un nouveau dispositif pour lequel l'ébullition se fait sous une condition à la limite inférieure de type imperméable à température imposée et une condition limite sur la surface supérieure perméable à température opposée. Différentes expériences sont présentées pour lesquelles nous avons modifié la taille des billes. Pour des billes de diamètre 40-70 et 100-160 microns, un régime stable est obtenu correspondant à la superposition d'un film vapeur, d'une zone diphasique à la température d'ébullition et d'une zone liquide. Pour des billes de diamètre 200-250 microns, un régime instable périodique avec un mouvement du front zone diphasique zone liquide de grande amplitude est observé. Enfin, pour des billes de diamètre 800-1200 microns, alors que la zone supérieure liquide est le siège d'un mouvement de convection naturelle turbulente, on observe un retour à la stabilité du front. Le rôle respectif d'une instabilité gravitationnelle, de la convection naturelle et du mouvement du front est examiné à partir d'analyses linéaires de stabilité.

The aim of this work is to study some experimental and theoretical aspects of unsteady mechanisms of boiling in porous media. We are interested in the case of boiling in a porous layer of glass beads saturated with water. A new experimental device has been built up with the following boundaries conditions: at the bottom impervious and imposed temperature ; at the top permeable and imposed temperature. Various experiments are presented for different sizes of beads. For beads of diameter 40-70 and 100-160 microns, a stable state is obtained with the superposition of a vapor film, a two-phase zone at the boiling temperature and a liquid zone at the top. For beads of diameter 200-250 microns, a unsteady periodic state with a movement of large amplitude of the front between the two-phase region and the liquid zone is observed. Last, for beads of diameter 800-1200 microns, whereas turbulent natural convection is present in the upper liquid zone, a return to the front stability is observed. The influence of a gravitational instability, of the natural convection and of the front movement is investigated using linear stability analyses.