Modélisation thermo-mécanique et fiabilité des échangeurs réacteurs en carbure de silicium

Thermo-mechanical modeling and reliability of silicon carbide based heat exchanger reactor

• Auteur / Autrice : Benjamin Boniface
• Direction : Serge Capéraa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 09/12/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation numérique

Thermo-mécanique

Thermo-chimique

Fiabilité

Krigeage

Ak-mcs

Echangeurs-réacteurs

Résumé

Les échangeurs réacteurs intensifiés (ERI) sont des échangeurs de chaleur utilisés comme réacteurs chimiques afin d'intensifier les procédés de synthèse. L'ERI étudié dans ce travail est composé de plaques en carbure de silicium, lui conférant ainsi des propriétés thermiques et chimiques importantes. En contrepartie, l'utilisation du SiC accentue les risques de rupture fragile, à ajouter aux risques principaux associés aux ERI qui sont les fuites de fluide et l'emballement thermique de la réaction. L'intensification des procédés représente un gain important en terme de productivité, de sécurité et d'impact environnemental, à condition de maîtriser la conception et la mise en œuvre de l'ERI. L'objectif de ce travail est de proposer une démarche d'étude adaptée à ce type de produit en général, et d'optimiser la conception de cet ERI en particulier. Pour cela, les modèles thermo-chimique et thermo-mécanique de l'ERI sont développés puis utilisés dans une étude mécano-fiabiliste, notamment au moyen à la méthode AK-MCS basée sur l'interpolation par krigeage de la fonction de performance.

Intensified heat exchanger reactors (ERI) are heat exchangers used as chemical reactors for process intensification. The ERI studied in this work is composed of silicon carbide (SiC) based plates, giving it interesting thermal and chemical properties. In return, the use of SiC increases the brittle fracture risk, in addition of the main risks that are leaking fluid and thermal runaway reaction. The process intensification represents a significant gain in productivity, safety and environmental impact, provided that the design and the implementation procedure of the ERI are optimized. The objective of this work is to propose a process of study suited to this type of product in general, and to optimize the design of this ERI in particular. For this, the thermo-chemical and thermo-mechanical models are developed and used in a mechano-reliability study, notably using the AK-MCS method based on kriging interpolation of the performance function.