Étude des écoulements d'air et des transferts de chaleur en régime instationnaire au sein d'une palette de produits qui dégagent de la chaleur tout au long de la chaine du froid : application au cas des fromages.

An unsteady state study of airflow and heat transfer within a pallet of heat-generating product applied to a cheese product along the supply chain.

• Auteur / Autrice : Dihia Aguenihanai
• Direction : Jean Moureh
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FRISE - Génie des Procédés Frigorifiques pour la Sécurité alimentaire et l'Environnement- UR INRAE Antony
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech

Mots clés

Mots clés libres

Convection mixte

Modélisation

Régime instationnaire

Milieu poreux

Empilement des aliments

Écoulement d'air

Mixed convection

Modelling

Unsteady state

Porous medium

Food stacking

Airflow

Résumé

Certains produits alimentaires continuent à avoir une activité biologique après leur fabrication et donc durant tout le processus de transport et d'entreposage. C'est le cas des fromages dans lesquels la présence de ferments induit une activité respiratoire associée à un important dégagement de chaleur. Ainsi, la maîtrise des températures de ces denrées tout au long de la chaîne du froid représente un enjeu industriel majeur afin de préserver toutes leurs qualités gustatives et sanitaires. La démarche scientifique s'appuiera sur la mise en œuvre d'outils numériques et expérimentaux visant à caractériser et à prédire les évolutions de température et leurs hétérogénéités au sein d'une palette de produits fromagers, et ce, en fonction des principaux paramètres qui pilotent les écoulements et les transferts dont notamment, l'ajourage de l'emballage, les flux de chaleur dégagés par le fromage et le niveau de ventilation externe. L'étude prendra également en considération l'effet de la convection naturelle au sein de la palette. Les expérimentations seront réalisées dans une cellule d'essai, à température et vitesse d'air maîtrisées, sur une maquette représentant une palette de produits fromagers qui dégagent de la chaleur. Un anémomètre laser (LDV) sera utilisé pour mesurer les vitesses d'air au sein de la palette. Dans la partie numérique, deux approches de modélisation seront élaborées en régime instationnaire. Une modélisation fine de type CFD avec le code ANSYS-Fluent ainsi qu'un modèle simplifié fondé sur une approche zonale à usage industriel avec Python. La validation de ces modèles sera réalisée par comparaison avec les données expérimentales portant sur des cinétiques de refroidissement ou de réchauffement des produits au sein de la palette. Après cette validation, l'objectif finalisé des modèles numériques est de prédire les évolutions de température et leurs dispersions au sein d'une palette sur l'ensemble d'un circuit logistique en prenant en considération les conditions opératoires en termes de vitesse de ventilation et température de chacun des maillons.

Some food products continue to have a biological activity after their fabrication and thus during the entire transport and storage process. For example, in cheeses which the presence of ferments induces a respiratory activity associated with a significant generation of heat. The control of the temperature of these products throughout the cold chain remains a major industrial challenge in order to preserve all their gustative and sanitary qualities. The scientific approach will be based on the implementation of numerical and experimental tools to characterize and predict temperature changes and their heterogeneities within a range of cheese products. This is according to the main parameters that drive the flows and transfers, including, in particular, the packaging vents, heat fluxes generated by the cheese and the external ventilation level. The effect of natural convection within the pallet will also be considered. The experiments will be carried out in a test cell, at controlled temperature and air speed, on a model representing a pallet of cheese products that generate heat. A Laser Doppler Anemometer (LDV) will be used to measure the air velocities within the pallet. In the numerical part, two modelling approaches will be developed under an unsteady state: a CFD model with the ANSYS-Fluent code and a simplified model based on a zonal approach for industrial use with Python. The validation of these models will be performed by comparison with experimental data on product cooling and heating kinetics within the pallet. After this validation, the final objective of the numerical models is to predict the evolutions of temperature and their dispersions within a pallet on the entire supply chain by taking into account the operating conditions in terms of air velocity and temperature of each link.