Étude des transferts et d'écoulements réactifs en milieux poreux : application au stockage de solides thermiquement instables

• Auteur / Autrice : Henda Zoghlami-Mosrati
• Direction : Jean-Pierre Corriou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chaleur -- Stockage

Transfert de chaleur

Matériaux poreux

Résumé

Le stockage de solides thermiquement instables présente des risques potentiels d'emballement thermique. Le dirnensionnement et le choix des conditions de stockage sont souvent déterminés à partir de critères issus des théories classiques de Semenov et de Frank-Kamenetskii. Ceux-ci reposent sur des hypothèses dont certaines sont difficiles à vérifier en pratique. La fiabilité des prédictions du comportement de ces stockages est tributaire du niveau de description des processus impliqués, à travers leur compétitivité et leurs interactions mutuelles. D'un point de vue sûreté, cette description doit permettre une évaluation précise et réaliste des risques d'une part et d'autre part, l'optimisation de la marge de sécurité à adopter. Les modèles simplifiés conduisent à des marges parfois très majorantes. En revanche, elles peuvent être minorantes faute de connaissances suffisantes du système. Dans ce travail, l'étude de ces stockages a été entreprise suivant une succession de modèles faisant intervenir une quantité croissante de phénomènes physiques de plus en plus détaillés. Les résultats issus des différents modèles ont été analysés et comparés sur la base des paramètres critiques et les temps d'induction des emballements thermiques. Le cas considéré est celui du stockage de matériaux pulvérulents ou de grains empilés en lit fixe poreux. Le problème est formulé par l'écriture, en 2D, des équations locales de continuité et de conservation de chaleur, de quantité de mouvement et d'espèces. Ces équations ont été résolues par la méthode des volumes finis. Le comportement des stockages a été étudié selon plusieurs aspects : rôle de la convection naturelle avec les effets non Darciens (termes de Forchheimer et de Brinkman, porosité variable), de la dispersion thermique, de l'aération mixte et forcée, de la consommation du réactif clé et des mécanismes d'échange thermiques à la paroi.