Thèse soutenue

Sélectivité des matériaux composites poreux pour mélanges multi-espèces : application aux piles à combustible

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Auteur / Autrice : Hussain Najmi
Direction : Nicolas GascoinKhaled Chetehouna
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique - Génie des procédés
Date : Soutenance le 07/02/2018
Etablissement(s) : Bourges, INSA Centre Val de Loire
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) - Laboratoire pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes- mécanique et énergétique / PRISME

Résumé

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L'utilisation de pile à combustible à bord d'un avion impose d'extraire des espèces légères (telles que l'hydrogène et les hydrocarbures légers) du combustible liquide qui est stocké et utilisé, éventuellement à des températures où se produit une pyrolyse du carburant. La porosité d’un matériau composite pourrait être utilisée pour filtrer les espèces sélectionnées. L'efficacité de séparation d’un matériau poreux dépend de deux facteurs qui sont: la perméance et la sélectivité.Ces facteurs sont souvent déterminés avec une configuration classique utilisant un échantillon en forme d’un disque d’un matériau poreux. Cependant, cette configuration est loin de la réalité qui est composée de tubes. Par conséquent, une étude est réalisée en considérant les deux configurations en utilisant différents types de disques poreux et un tube composite poreux. Ensuite, les résultats obtenus sont comparés et les différents facteurs affectant le processus de perméation sont étudiés.Après cela, un banc d'essai innovant est développé et utilisé afin de déterminer la distribution axiale des deux propriétés d'un tube poreux en acier inoxydable (c'est-à-dire la perméance et la sélectivité). Les effets des conditions opératoires (débit massique d'entrée et pression d'entrée) ont été étudiés. Une nouvelle forme radiale de l'équation de perméabilité aux gaz a été développée pour ce travail et sa relation avec la perméabilité de Darcy est établie. La variation de pression le long de l'axe central du tube est déterminée. Les effets de cette variation de pression sur les propriétés physiques des gaz tels que la densité et la viscosité sont déterminés et leur influence sur la sélectivité est étudiée en utilisant différents gaz tels que l'azote, le dioxyde de carbone, le méthane et l'hélium.Plus tard, un mélange binaire de dioxyde de carbone (CO2) et d'Azote (N2) est considéré sous trois compositions volumétriques différentes (50/50%, 60/40% et 70/30%) afin d'évaluer la propriété de séparation de gaz d’un tube poreux (effet de membrane). La perméabilité au gaz pur, la perméabilité du mélange, la sélectivité idéale et la sélectivité de séparation de ce tube sont déterminées pour un débit massique et une pression d'entrée différents. Les facteurs affectant les distributions de CO2 et de N2 à l'intérieur du tube poreux sont étudiés.Les résultats obtenus peuvent être utiles pour comprendre les facteurs affectant la séparation des gaz dans le cas d'un tube poreux pour des processus industriels continus.