Etude de l’évolution du front de fusion dans une cuve de stockage contenant un coulis de glace

Physical study of the ice slurry melting inside a storage tank.

• Auteur / Autrice : Ahmed Arid
• Direction : Jean-Pierre Dumas, Youssef Zeraouli, Abdelaziz Mimet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Université Abdelmalek Essaâdi (Tétouan, Maroc)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement diphasique

Transition de phase

Modèles mathématiques

Glace

Mots clés libres

Stockage thermique

Coulis de glace

Solution aqueuse

Modélisation

Simulation numérique

Changement de phase

Convection naturelle

Diagramme de phase

Résumé

Ce travail concerne l’évolution thermique d’un coulis de glace (mélange de particules de glace dans une solution aqueuse) lorsqu’il est au repos dans une cuve de stockage. Les coulis de glace sont utilisés pour le transport d’énergie par chaleur latente. Suivant les conditions de températures externes imposées, le coulis de glace va fondre créant une interface coulis/liquide mobile et un liquide subissant des mouvements de convection naturelle. Notre travail a consisté en une modélisation de la fusion du coulis dans une cavité 2D cartésienne chauffée par le bas ou latéralement. Les équations caractéristiques du phénomène sont non linéaires de sorte que nous avons mis en oeuvre des méthodes numériques. Dans la partie liquide les rouleaux de type Rayleigh-Bénard sont caractérisés tandis que dans la partie « solide » des gradients de température apparaissent du fait de la fusion progressive de la glace en présence de la solution, conformément au diagramme de phases. Les résultats présentés concernent les champs de température, de vitesses dans le liquide, des taux de glace ainsi que la position de l’interface. Le cas d’un coulis de glace en présence d’eau pure a aussi été examiné.

This work concerns the thermal evolution of an ice slurry (mixture of ice particles within an aqueous solution) inside a storage tank. The ice slurry is used for the transport of energy by latent heat. Depending on the imposed external temperature, the ice slurry will melt creating a slurry-liquid interface and a natural convection inside the liquid phase. Our work consisted of modeling the ice slurry melting in a 2D cartesian cavity heated from below or laterally. The characteristic equations of the phenomenon are nonlinear, so we have implemented numerical methods. A natural convection occurs inside the liquid (Rayleigh-Bénard cellular convection). In the “solid phase”, temperature gradients appear due to the gradual melting of ice in the presence of the solution, according to the phase diagram. The presented results concern the temperature fields, velocity fields in the liquid, the ice fraction and the position of the interface. The case of ice slurry in the presence of pure water was also examined.