Modélisation des écoulements d’air et des transferts de chaleur dans un camion frigorifique : Etude des performances d’un dispositif de rideau d’air innovant pour le maintien de la chaîne du froid et la réduction des pertes à l’ouverture des portes

Modeling of airflow, heat and mass transfers in a refrigerated truck : Study of an innovative air curtain device to protect the cold chain and to reduce energy losses at the door opening

• Auteur / Autrice : Téo Lafaye de Micheaux
• Direction : Jocelyn Bonjour, Valérie Sartre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique et énergétique
• Date : Soutenance le 09/06/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône) - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon / CETHIL
• Jury : Président / Présidente : Najib Laraqi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jocelyn Bonjour, Valérie Sartre, Najib Laraqi, Françoise Bataille, Jean Lebrun, Jean Moureh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Bataille, Jean Lebrun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chaîne du froid

Transfert de chaleur

Transfert d'énergie

Mots clés libres

Ecoulement de chaleur

Transfert de chaleur

Camion frigorifique

Chaine du froid

Réduction des pertes

Rideau d'air

Consommation énergétique

Température

Echanges thermiques

Conduction

Matériau isolant

Renouvellement d’air

Modèle numérique

Flow

Heat transfer

Refrigerated truck

Cold chain

Loss reduction

Air curtain

Energy consumption

Temperature

Heat exchange

Conductance

Insulating material

Air renewal

Numeric model

Résumé

La préservation de la chaîne du froid est un paramètre particulièrement important dans le cadre de la distribution urbaine, où les fréquentes ouvertures de portes induisent une charge thermique d’infiltration. Afin de réduire les transferts de masse et de chaleur et de protéger l’ouverture, des rideaux d’air ont récemment été installés au niveau de l’ouverture des camions frigorifiques. L’objet de la présente étude est d’étudier ce type confinement. Deux modèles CFD ont été développés pour simuler les champs de températures et de vitesses dans un camion réfrigéré clos. Ils ont permis de montrer que la variation de la vitesse de soufflage ne modifie pas de manière significative la structure des écoulements. Différents conduits d’air sont modélisés. Les résultats numériques montrent que la configuration avec un conduit ouvert améliore fortement le renouvellement d’air. Puis, une étude numérique est réalisée dans le but d’étudier les infiltrations de chaleur et de masse au cours de l’ouverture des portes. Ces écoulements sont bien prédits par le modèle CFD, excepté à la transition entre les deux régimes d’infiltration. Une caisse expérimentale a été équipée d’un dispositif de rideau d’air composé d’un jet ambiant, d’un jet froid ou d’un jet double. En parallèle, un modèle numérique CFD a été développé pour étudier l’influence de différents paramètres. Une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux a été observée. L’efficacité du rideau d’air ambiant est maximale lorsque le point d’impact du rideau se situe dans le plan de l’ouverture. Le rideau double maintient efficacement l’homogénéité de la température pour de courtes ouvertures. Le rideau d’air froid est la meilleur configuration, il limite fortement l’augmentation de température de l’enceinte et permet des gains énergétiques importants.

Cold chain safety is a key parameter for urban distribution where the frequent door-opening induces a heat infiltration. In order to reduce heat and mass transfer, air curtain have recently been installed to protect the doorway of refrigerated truck. The aim of this work is to study this type of door insulation. Two CFD numerical models were developed to simulate the temperature and velocity fields in a closed refrigerated truck. These models showed that modifying the blowing velocity does not modify the air flow structure inside the cavity. Different air chutes were modelled. Numerical results demonstrate that the configuration with a convergent and an open duct strongly improves the air renewal. A numerical investigation was performed in order to study heat and mass infiltration rates during the opening. The infiltration flow rate is well predicted by the CFD model, except at the transition between both flow regimes. An experimental truck was equipped with an air curtain setup, composed by an ambient air jet, a cold air jet or a double jet. In parallel, a numerical CFD model was developed to study the influence of various parameters. Experimental and numerical results were found to be in good agreement. The maximum efficiency of the ambient air curtain is reached when the impact point of the jet occurs in the door plane at the ground level. This configuration is only relevant for short opening times. The double air curtain efficiently maintains the temperature homogeneity for short openings. The cold air curtain is the best configuration which strongly limits the temperature increase during the opening and allows important energy savings.