Une nouvelle méthode de mesure des propriétés thermophysiques de super-isolants. Yves Jannot & Alain Degiovanni

Transcription

1 U ouvll méthod d msur ds propriétés thrmophysiqus d supr-isolats Yvs Jaot & Alai Dgiovai

2 PLAN DE LA PRESENTATION Limits ds méthods d msur xistats L dispositif d msur proposé Modélisatio La méthod d stimatio proposé Etud d ssibilité Résultats xpérimtaux Coclusio

3 LIMITES DES METODES DE MESURES EXISTANTES Pu préciss pour ls supr-isolats : Méthods à sod : Pla chaud, fil chaud, hot disk, ruba chaud Fort icrtitud sur capacité t la résistac thrmiqu ds sods Pris compt d maièr approché ds trasfrts das la sod das ls modèls Fort ssibilité d la tmpératur msuré à ctt capacité pour ds matériaux légrs (cas ds supr-isolats) Méthod Flash Isolats sot souvt smi-trasparts vis-à-vis du rayomt du flash Msur d tmpératur d surfac sur u matériau très légr difficil à réalisr avc précisio Cofficit d échags sur la surfac irradié o costats t souvt très différts d cux sur la surfac opposé (différcs d tmpératurs importats au début) 3

4 LE DISPOSITIF DE MESURE PROPOSEE Idé d départ : Cosrvr l pricip d la méthod Flash E élimir ls icovéits pour ls supr-isolats φ 0(t ) (Flash) h Laito poli (faibl émissivité, fort coductivité) Echatillo h 3 Laito poli h T (t) (uiform car laito élvé) Thrmocoupl à cotact séparés («bo» msur sur u métal) 4

5 LE DISPOSITIF DE MESURE PROPOSEE Problèms résiduls : Eclairmt partil ds facs latérals Solutio : Rmplacmt du flash par u résistac chauffat pla alimté par u créau d tsio (duré 3s) Laito poli h T (t) (uiform) Echatillo Thrmocoupls à cotact séparés h 3 Laito poli T (t) (uiform) Résistac chauffat pla alimté par u créau d tsio 5

6 MODELISATION Laito h T (t) Laito Echatillo T h 3 0 (t) - R r h φ 0 T(r,z,t) T(r,z,t) T Coditios iitial t aux limits : T ( r,z,t ) T( r,z,t) T( r,z,t) T( r,z,t) r r r z a t t 0 T(r,z,0) T (r,0,t) T (t) 0 φ 0 T(0,z,t) T(R,z,t) r 0 0 r R h3 T(R,,t ) r r T t c 3 ρlaito laito R t ( ) h h T ( t) (r,,t) T (t) T h h T ( t) c 3 ρlaito laito R t T 6

7 7 MODELISATION Trasformatio d Laplac séparatio ds variabls ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ω ω Φ θ 3 0 moy ch sh sh ch p 4 0,p ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ω ω Φ θ 3 0 moy ch sh p 4,p ρ R h h p c 3 laito laito ρ R h h p c 3 laito laito R h Echatillo (a, ) - h h h 3 solutio d : ω ( ) ) ( J J 0 3 ω ω ω R a p ω

8 LA METODE D ESTIMATION PROPOSEE Problèm résidul (avc u stimatio d typ méthod flash classiqu) : h (fac avat) o costat t différt d h t h 3 Estimatio pu précis ds paramètrs a,, φ 0 t h i (plus ou mois corrélés) [ ( ) ( )] par miimisatio d T t T où : mod xp t T ( t) f( t, φ,a,,h,h ) 0 h3 Solutio : Msur t utilisatio d T comm doé d tré : [ T ( t) T ( )] Miimisatio d où : Et : ( ) p mod xp t θ θ (,p) ( 0,p) ch( ) ch( ) T mod ( t) T ( t) L [ ( p) ] xp Avatag : (p) f (t, a,, h h 3 ) dépd i d h i d φ 0 8

9 ETUDE SIMPLIFIEE Capacité thrmiqu ds matériaux << capacité thrmiqu ds plaqus Résistac thrmiqu ds plaqus << Résistac thrmiqu du matériau E èr approch : L matériau résistac pur Ls plaqus capacité pur R R T C C T h h C ρ laito c laito C ρ laito c laito 9

10 ETUDE SIMPLIFIEE E supposat t h h, la solutio st : T Q h h xp t xp t C C R C C T Q h h xp t xp t C C R C C T T th t R C Pour : h 0 W.m -.K -, C 50 J.m -.K - t R 0,3 m.k.w - h h 0,008 0, 03 C RC C 0

11 ETUDE DE SENSIBILITE Supr-isolat : 0,0 W.m -.K -, ρc 5000 J.m -3.K -, a m.s - T ( t ) T a a ( t ) T h h ( t ) Ssibilité élvé à la coductivité thrmiqu, faibl à la diffusivité thrmiqu a Ssiblité à la coductivité décorrélé ds ssibilités à h h h 3 t à la diffusivité a Estimatio possibl d avc u bo précisio

12 ETUDE DE SENSIBILITE Isolats mois légrs Polystyrè Béto cllulair a T ( t) ( t) T ( t) T ( t) a a a T T h h ( t) T h h ( t) Ssibilité plus fort à la diffusivité thrmiqu a Ssibilité u pu mois élvé à la coductivité thrmiqu Ssibilités décorrélés Estimatio simultaé possibl d a t d

13 RESULTATS EXPERIMENTAUX Exmpl : Mouss isolat rigid, épaissur 0 mm 5 Tmpratur ( C) T (t) Résultat stimatio t st a x 0 7 h s m.s - W.m -.K - W.m -.K - Tb ( C) T (t) Tim (s) Résidus x Tim (s)

14 RESULTATS EXPERIMENTAUX Comparaiso avc d autrs méthods Tricouch Miiplaqu chaud (MPC) MPC Pla chaud a a W.m -.K - m.s - W.m -.K - m.s - Mouss rigid P atm P 0 - mbar 0,043 0,083 4,54.0-7,.0-7 0,0405 Béto cllulair P atm 0,53, ,65, Ecarts < 5% 4

15 RESULTATS EXPERIMENTAUX Validatio d la msur sous vid pour u mouss isolat : stimé à Patm stimé sous vid Modèl parallèl ( ε) s r ε air ε 0,9 Capacité thrmiqu d la matric solid ( capacité thrmiqu sous vid) : Valur calculé à partir d ε t d ρc msuré à P atm : ρ v c v ρc ρ air ε c air 9789 Valur stimé à partir du thrmogramm sous vid ρ v c v J.m 3. K J.m 3. K Ecart < 5% 5

16 CONCLUSION La méthod proposé prmt : La msur d la coductivité thrmiqu d supr-isolat à prssio atmosphériqu t sous vid La msur simultaé d la coductivité thrmiqu t d la diffusivité thrmiqu d isolats légrs Avc u précisio d l ordr d 5% 6