Analyse comparée des performances d'installations de production, de stockage, de transport et d’utilisation du froid

• Auteur / Autrice : Ikram El Abbassi
• Direction : Jean Castaing-Lasvignottes, Abdelaziz Mimet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Université Abdelmalek Essaâdi (Tétouan, Maroc)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie

Exergie

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Fluides caloporteurs

Résumé

Une technologie alternative dans le domaine du transport du froid est actuellement envisagée avec les fluides frigoporteurs diphasiques (liquide – solide). Celle-ci permet de réduire la charge du fluide frigorigène dans l’installation, en la consacrant à la production de froid, mais aussi de transporter en grande quantité de l’énergie frigorifique sous forme latente. Les coulis de glace sont des fluides frigoporteurs diphasiques constitués de particules de glace dispersées dans de l'eau ou des solutions aqueuses. Une étude énergétique globale d’une installation de froid dans son intégralité, permet d’évaluer les performances de ce type d’installation. Nous avons commencé notre travail par une étude du réseau de distribution de froid. Nous avons développé un modèle afin d’analyser l’intérêt énergétique de l’utilisation d’un fluide frigoporteur monophasique ou diphasique en prenant en compte la consommation énergétique liée à son écoulement. Le modèle prend en compte les pertes de charges singulières et régulières d’une boucle de fluide et permet d’en déduire la puissance de pompage correspondante. Dans la mesure où nous disposons d’un banc d’essais et qui a fait l’objet de compagnes de mesures, une analyse énergétique de toute l’installation a été faite, en considérant chaque poste de consommation et a permis la validation expérimentale du modèle de perte de charge. Par ailleurs, se pose la question quant au transfert de chaleur au sein des échangeurs situés sur de tels réseaux de froid et à leur comportement face au caractère instationnaire de la fusion de la glace. Un modèle numérique a été réalisé, donnant une bonne correspondance avec les résultats issus de l’expérience.

An alternative technology in the domain of the transport of cold can be envisaged with two phases (liquid-solid) secondary refrigerant fluids. This promising way allows limiting the amount of refrigerant and presents the advantage of a high cooling capacity due to the latent heat of fusion. Ice slurry is a mixture of an aqueous solution and fine ice crystals. The global energy study of a whole installation allows estimating the performances of this type of installation. We began our work with a global study of the system, more exactly of the cold distribution network. To achieve this, a numerical model has been developed. The available domain for the use of secondary heat transfer fluid (whether in their single phase or two phase form) is determined considering the best design from an energetic point of view. The model developed in this work takes into account the pressure drops (frictional losses in straight pipes and losses due to various fittings) which enabled to evaluate the pumping power. As far as we have an experimental test bench, the energetic analysis of the whole installation has been made, considering all components, in particular pumps, mixer and ice scrapper. The installation allowed also the validation of the pressures drop model. Besides the problem bound to the generation of ice in the slurry, some questions remain asked concerning the heat transfer within heat exchangers situated on such cold networks as well as their behavior in front of transient regime due in particular, to the ice fusion. To answer to this objective, a 1D numerical model was realized. The obtained simulated results are compared quite accurately with those from the experience.