Etude sur des mesures d'efficacité énergétique dans la production et le stockage du froid

Survey on energy efficiency measures in the production and storage of cold

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Ben Taher
• Direction : Tarik Kousksou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, énergétique, thermique, combustion, acoustique
• Date : Soutenance le 05/11/2021
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Université Abdelmalek Essaâdi (Tétouan, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour l'ingénieur appliquées en mécanique et génie électrique (SIAME EA 4581)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transport

Chaîne du froid

Mots clés libres

Camion frigorifique

Chaîne du froid

Cycle à compression de vapeur

Matériau à changement de phase

Stockage du froid

Puissance frigorifique

Refrigerated truck

Cold chain

Vapor compression cycle

Phase change material

Cold storage

Cooling capacity

Résumé

La chaîne du froid représente un élément sensible qui affecte directement la sécurité alimentaire de notre communauté. De plus, cette chaîne a un nombre considérable d'applications dans la vie quotidienne, ce qui apporte une contribution essentielle aux développements social et économique. Elle est fondamentale pour l'approvisionnement alimentaire de la population, en permettant la conservation des denrées alimentaires aux diverses étapes de la chaîne du froid : transport, stockage, distribution, mise en vente et entreposage domestique.Le transport frigorifique est l'une des étapes les plus risquées pouvant rompre la chaîne du froid. Pendant le transport, le contrôle de la température interne et des délais de livraison est essentiel pour préserver et améliorer la qualité et la durée de conservation des denrées alimentaires, et pour réduire leur niveau de danger pour la santé. Dans ce contexte, les particularités de ce travail présenté dans cette thèse consistent à dévoiler une variété de solutions et de suggestions pour améliorer la qualité et la sécurité des aliments. Ainsi que les principaux aspects liés au stockage à température contrôlée de ces produits, et les améliorations à apporter aux performances des unités de réfrigération à compression de vapeur et à la conception du conteneur frigorifique.Par ailleurs, cette étude a été menée afin d'acquérir des connaissances sur le comportement aérothermique et de comprendre les mécanismes d'écoulement dans diverses configurations tridimensionnelles du camion en utilisant les modèles de turbulence URANS et les phénomènes de transfert de chaleur conjugués. Il est ressorti de cette thèse qu'un rideau d'air peut être utilisé pour optimiser la consommation d'énergie et le temps de refroidissement pendant l'ouverture de la porte du camion, en tenant compte de différents scénarios de chargement des produits. De plus, l'incorporation d'une unité de stockage d'énergie thermique dans un camion frigorifique a été abordée, afin d'évaluer ses performances aérothermiques en utilisant des matériaux à changement de phase.En parallèle, une modélisation dynamique d'une machine frigorifique à compression de vapeur incluant un système de stockage thermique a été réalisée et validée avec des résultats expérimentaux. Ainsi que les effets de différents paramètres tels que l'épaisseur du PCM, la charge interne et la température externe sur sa performance énergétique ont également été présentés.

The cold chain represents a sensitive component that directly affects the food safety of our society. Moreover, this chain has a considerable number of applications in everyday life, which makes an essential contribution to social and economic developments. It is fundamental to the food supply of the population, allowing the preservation of foodstuffs at the different stages of the cold chain: transport, storage, distribution, sales presentation, and domestic storage.Refrigerated transport is one of the riskiest steps that could break the cold chain. During transportation, the control of internal temperature and delivery times is essential to preserve and improve the quality and shelf life of foodstuffs, and to reduce their level of health hazard. In this context, the peculiarities of this work presented in this thesis consist in revealing a variety of solutions and suggestions to improve the quality and safety of products. As well as the main aspects related to the controlled temperature storage of these products, and the improvements to be carried out in the performance of vapor compression refrigeration units and the design of refrigerated container.Furthermore, this study was conducted to gain knowledge on the aero-thermal behavior and to understand the flow mechanisms in various three-dimensional truck configurations through the employment of URANS turbulence models and conjugate heat transfer phenomena. From this thesis, it was revealed that an air curtain can be operated to optimize the energy consumption and cooling time during the truck door opening, considering different product loading scenarios. Further, the incorporation of a thermal energy storage unit in a refrigerated truck was addressed, in order to evaluate its aero-thermal performance using phase change materials.Simultaneously, a dynamic modeling of a vapor compression refrigeration machine including a thermal storage system has been performed and validated with experimental results. As well as the effects of different parameters such as PCM thickness, internal load and external temperature on its energy performance were also performed.