Caractérisation de la génération et de l'écoulement de coulis diphasique solide-liquide pour le stockage et transport de froid

Characterization of solid-liquid two-phase slurry generation and flow for cold storage and transport

• Auteur / Autrice : Safa Mohamed ismail
• Direction : Laurence Fournaison, Anthony Delahaye
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale INTERFACES : approches interdisciplinaires, fondements, applications et innovation
• 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 : CentraleSupélec

Mots clés

Mots clés libres

Adhésion de la glace

Propriétés de surface

Coulis de glace

Ice adhesion

Ice slurry

Surface properties

Résumé

L'objectif de la thèse est de développer un générateur de coulis sans lames racleuses. En d'autres termes, il s'agit de générer le coulis sans qu'il ne se forme de glace sur une surface refroidie. L'influence de l'état de surface, de la nature des additifs, de l'état du fluide (monophasique ou diphasique) sur la formation du coulis et son utilisation seront des objets d'étude. La compréhension de la cristallisation sur une surface est essentielle pour la viabilité de la génération de coulis sans parties mécaniques (Samah, 2023). Néanmoins ce processus n'est qu'une étape du procédé et les caractéristiques de l'écoulement du fluide, modifié afin qu'il ne se forme pas de glace en surface, ne doivent pas pénaliser les propriétés d'écoulement du fluide pour sa distribution vers les lieux d'utilisation. La modélisation du procédé doit donc être multi-échelle. Elle intégrera les échanges de masse et de chaleur depuis la génération du coulis (cristallisation), son écoulement jusqu'à son utilisation. Ces phénomènes peuvent être décrits en s'appuyant sur des outils expérimentaux : visualisation et mesure granulométrique pour caractériser la formation des nucléi et des cristaux, boucles expérimentales pour la caractérisation rhéologique et thermique (Dufour, 2017). Finalement, l'objectif de ces travaux est de définir des indicateurs de performance pour établir un cahier des charges d'un nouveau générateur. Ces indicateurs traduiraient à la fois des exigences liées à l'efficacité énergétique de la génération du coulis et aux bonnes propriétés d'écoulement. A terme, ces travaux permettront d'alimenter le modèle d'évaluation des systèmes de réfrigération secondaire à base de coulis développé dans l'équipe.

The aim of this thesis is to develop a ice slurry generator without scraper blades. In other words, to generate slurry without ice forming on a cooled surface. The influence of the surface condition, the nature of the additives and the state of the fluid (monophasic or diphasic) on slurry formation and its use will be studied. Understanding crystallization on a surface is essential for the viability of slurry generation without mechanical parts (Samah, 2023). However, this process is only one step in the process, and the fluid flow characteristics, modified so that no ice forms on the surface, must not penalize the fluid flow properties for distribution to the point of use. Process modeling must therefore be multi-scale. It will integrate mass and heat exchanges from slurry generation (crystallization) and flow through to use. These phenomena can be described using experimental tools: visualization and granulometric measurement to characterize nuclei and crystal formation, experimental loops for rheological and thermal characterization (Dufour, 2017). Finally, the aim of this work is to define performance indicators to establish specifications for a new generator. These indicators would reflect both energy efficiency requirements for slurry generation and good flow properties. Ultimately, this work will feed into the evaluation model for slurry-based secondary refrigeration systems developed by the team.