Etude des propriétés de transferts thermiques des coulis de glace stabilisée

• Auteur / Autrice : Carlos Rios-Rojas
• Direction : Philippe Haberschill, André Lallemand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et thermique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Glace

Fluides frigorigènes

Résumé

Ce travail concerne l'étude expérimentale des propriétés de transferts thermiques d'un fluide frigoporteur diphasique particulier : le coulis de glace stabilisée. Ce coulis est constitué de particules millimétriques de gel organique à 90 % de porosité remplies d'eau suspendues dans une huile silicone. Une installation spécifique a été construite. Elle est composée, pour l'essentiel, de deux échangeurs identiques à plaques lisses ; l'un deux est refroidi par circulation d'alcool, l'autre est chauffé électriquement. Ce dispositif permet de déterminer les coefficients d'échange locaux lors de la congélation comme de la décongélation, en régime permanent, du coulis. Ces coefficients sont déduits des mesures par thermocouples des températures, d'une part, du fluide, d'autre part, de chaque face des parois des échangeurs qui, ainsi instrumentées, sont directement utilisées comme fluxmètres. L'influence du débit du coulis et de sa teneur en particules est étudiée. On note une évolution relativement forte des coefficients d'échange locaux sur environ le quart de la longueur des plaques d'échange. Lors de la décongélation en écoulement laminaire. Le coefficient d'échange moyen du fluide frigoporteur chargé en particules diphasiques est de 100 % supérieur à celui de sa phase suspendante, pour une teneur en particules de 20 %. Cette augmentation des échanges atteint 200 % pour une teneur en particules de 30 %. Lors de la congélation en régime turbulent, l'augmentation des échanges varie de 200 à 300 % selon la teneur en particules.

The purpose of this work is the experimental study of the heat transfer properties of a two-phase cooling fluid : stabilized ice-slurry. This ice-slurry is made of millimetric organic gel particles of 90 % porosity filled with water, in suspension in silicon oil. A specific installation was built up, essentially made of two identical smooth plate heat-exchangers ; one cooled by an alcohol flow, the other one heated with electric elements. This device allows to determine the steady-state local heat transfer coefficients during the freezing and the melting processes of the ice-slurry. These coefficients are derived from thermocouple temperature measurements : the temperature of the fluid and the temperature of each side of the heat-exchanger wall which are thus used as fluxmeters. The influence of the ice-slurry flow rate and of its particle concentration is also studied. A strong evolution of the local heat transfer coefficients is observed along one quarter of the heat-exchanger plate. During the melting process, with laminar flow conditions, the average heat transfer coefficient of the cooling fluid is 100 % greater with 20 % particle concentration than without particles. The increase of the heat transfer coefficient rises up to 200 % with 30 % particle concentration. During the melting process, with turbulent flow conditions, the increase of the heat transfer coefficient varies from 200 to 300 % depending on the particle concentration.