Une analyse de la stabilité de l'ébullition en milieux poreux

An analysis for the stability of boiling in porous medium

• Auteur / Autrice : Ali Sahli
• Direction : Christian Moyne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Ébullition

Résumé

Ce travail est consacré au problème de l'ébullition d'un liquide dans un milieu poreux. La situation retenue est celle d'une colonne poreuse initialement saturée par le liquide (eau), chauffée par le bas avec une densité de flux de chaleur constante et refroidie par le haut à une température constante inférieure à la température d'ébullition du liquide. L'extrémité inférieure de la colonne est imperméable tandis que l'extrémité supérieure, perméable, est maintenue saturée par le liquide à pression atmosphérique. Cette configuration offre la possibilité d'obtenir, en régime permanent, une zone saturée de liquide au sommet de la colonne recouvrant une zone de mélange liquide-vapeur demeurant au voisinage de la température d'ébullition du fluide. Pour les flux de chaleur élevés une couche saturée de vapeur sèche peut apparaître en dessous de cette zone diphasique au contact de la plaque chaude. Cette structuration du milieu est partiellement instable puisque le gradient de densité est orienté en sens opposé à la gravité. Après avoir rappelé l'état de l'art concernant ce sujet, nous donnons quelques résultats expérimentaux relatifs à des essais d'ébullition d'eau dans des empilements de billes de verre. Il est montré que des régimes stables et d'autres instables peuvent être obtenus suivant l'intensité du chauffage par le bas. A partir de là, nous développons une analyse théorique concernant d'abord la stabilité d'une zone liquide recouvrant une zone vapeur puis celle, plus conforme à notre problème, d'une zone liquide recouvrant une zone diphasique. Les rôles respectifs de l'instabilité gravitationnelle, de la convection naturelle et du déplacement du front de condensation sont soigneusement analysés. Afin de mieux prendre en compte les conditions expérimentales, l'influence du confinement latéral est également traité.