Fluides frigorigènes et mécanismes physiques en ébullition convective. Rémi Revellin

Transcription

1 Fluides frigorigènes et mécanismes physiques en ébullition convective Rémi Revellin 1 Journée SFT-SFGP, 16 mars

2 Groupe de recherche Energétique des systèmes thermiques et frigorifiques 2 Journée SFT-SFGP, 16 mars

3 Ebullition convective? Ebullition convective : ébullition + effets convectifs PAC, machine frigorifique Rankine 3 Journée SFT-SFGP, 16 mars

4 Ebullition convective? Ecoulement intermittent d Ammoniac à 5 C dans un tube de 14 mm horizontal 4 Journée SFT-SFGP, 16 mars

5 Transfert de chaleur en ébullition convective 5 Journée SFT-SFGP, 16 mars

6 Mécanismes du transfert de chaleur 2 mécanismes gouvernent le transfert de chaleur en ébullition convective L ébullition nucléée (NB) formation des bulles à la paroi L ébullition convective (CB) conduction et convection (film liquide) évaporation à l interface liquide-vapeur Ces mécanismes sont reliés au coefficient de transfert de chaleur (α): Quand NB est dominant, α = f(q, T sat ) & α f(g, x) Quand CB est dominant, α = f(g,x) & α f(q) Quand NB et CB sont d égale importance, α = f(g,q,x) + assèchement, entrainement, capillarité, vagues interfaciales, stratification, 6 Journée SFT-SFGP, 16 mars

7 Modèles de prédictions Prédiction du transfer de chaleur avant assèchement Corrélation basée sur l ébullition en vase Modèles asymptotiques Modèle d intensification Approche de type Nusselt Approche phénoménologique 7 Journée SFT-SFGP, 16 mars

8 Nombres adimensionnels et propriétés Masse volumique, viscosité, tension de surface, enthalpie, chaleur spécifique 8 Journée SFT-SFGP, 16 mars

9 Exemples d activités scientifiques au CETHIL 9 Journée SFT-SFGP, 16 mars

10 Ebullition convective à haute température Influence de la température de saturation T sat Masse volumique et viscosité liquide Masse volumique et viscosité vapeur Tension de surface Vitesse liquide Vitesse vapeur Nombre de Bond Nombre de Froude vapeur Glissement => 1 Forces de gravité Thèse R. Charnay Ces propriétés ont une influence sur les interactions liquide-vapeur et par conséquent sur les régimes d écoulement et les mécanismes de transfert de chaleur et de chutes de pression 10 Journée SFT-SFGP, 16 mars

11 Ebullition convective à haute température Thèse R. Charnay 11 Journée SFT-SFGP, 16 mars

12 Ebullition convective à haute température Thèse R. Charnay Intermittent T sat 120 C s r v 60 C f bub l bub NB Régime dominant 12 Journée SFT-SFGP, 16 mars

13 Ebullition convective à haute température Thèse R. Charnay Annulaire T sat 120 C u vap λ L 60 C convection conduction CB NB > CB 13 Journée SFT-SFGP, 16 mars

14 Ebullition convective à haute température Thèse R. Charnay 120 C 60 C T sat Ebullition nucléée Ebullition convective EC x 14 Journée SFT-SFGP, 16 mars

15 Chutes de pression en ébullition convective 15 Journée SFT-SFGP, 16 mars

16 Mécanismes des chutes de pression dp dz dp dz f dp dz g dp dz a dp dz f 1 A t df v dz df l dz dp dz g rl A l A t r v A A v t g sin v l g r (1 ) r sin dp dz a 1 A t d dz 2 2 d v. x v.(1 x) u m u m v l G dz l l v v Journée SFT-SFGP, 16 mars

17 Modèles de chutes de pression par frottement Modèle homogène Modèle à phases séparées Approche phénoménologique MacAdams et al., Cicchiti et al., Dukler et al. 17 Journée SFT-SFGP, 16 mars

18 Modèles de chutes de pression par frottement Modèle homogène Modèle à phases séparées Paramètres f(re L, Re V ) Approche phénoménologique 18 Journée SFT-SFGP, 16 mars

19 Modèles de chutes de pression par frottement Modèle homogène Modèle à phases séparées Nombreuses définitions Approche phénoménologique 19 Journée SFT-SFGP, 16 mars

20 Modèles de chutes de pression par frottement Modèle homogène Modèle à phases séparées Approche phénoménologique Cioncolini et al. (2009) écoulement annulaire 20 Journée SFT-SFGP, 16 mars

21 Nombres adimensionnels et propriétés Masse volumique, viscosité, tension de surface, enthalpie, chaleur spécifique 21 Journée SFT-SFGP, 16 mars

22 Exemples d activités scientifiques au CETHIL 22 Journée SFT-SFGP, 16 mars

23 Singularités Thèse M. Padilla Écoulements diphasiques de frigorigènes dans les singularités Mesure et prédiction des pertes de charges dues à la contraction Problématique amont : Définition d un écoulement diphasique établi? Quelles longueurs d établissement? 23 Journée SFT-SFGP, 16 mars

24 Singularités Thèse M. Padilla Écoulements diphasiques de frigorigènes dans les singularités e A v A v A l Section de passage de la vapeur Taux de vide Pression Non établi Etabli Taux de vide e établi 24 Journée SFT-SFGP, 16 mars

25 Conclusions o De nombreux mécanismes physiques prédits par des modèles basés sur des nombres adimensionnels (Re, Fr, We, ) o Nombres sans dimension fonction des propriétés thermophysiques - masse volumique - viscosité - tension de surface - conductivité thermique - capacité calorifique à pression constante o Des perspectives de travail encore nombreuses : orientation des canaux, régime transitoire, basse pression, haute pression, singularité, o Des nouveaux fluides déjà testés au CETHIL (HFOs) et des mélanges dans quelques mois (eau-éthanol) 25 Journée SFT-SFGP, 16 mars