Dispersion thermique dans des milieux granulaires : caractérisation à coeur et en proche paroi - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Dispersion thermique dans des milieux granulaires : caractérisation à coeur et en proche paroi

Résumé

Heat transfer in a granular media through which a fluid is flowing is called thermal dispersion. It results from a combination of diffusive and convective heat transfer. The control of thermal dispersion is a critical point each time strongly endo- or exothermic chemical reaction in heterogeneous catalysis occurs. In this type of situation the control of the chemical conversion and/or of the lifespan of the catalyst is of prime importance. This work relates to the experimental characterization of thermal dispersion in granular media first in the core region and then in the near-wall region. In the first part of this work, a bed made up of granular medium (glass spheres or catalyst support) has been constructed. An air flow produced by a downstream fan goes through this bed. The bed is heated by Joule effect (time step) thanks to a metal wire perpendicular to the flow. The transient temperature responses are measured by several thermocouples. A specific inversion technique makes the estimation of the two thermal dispersion coefficients possible. Experimental correlations explaining the variation of the lateral and longitudinal dispersion coefficients with fluid velocity have been constructed on dimensional analysis considerations. They derive from the measurements on the glass beads/air and support of catalyst/nitrogen systems (use of dry nitrogen allows to get rid of the hygrophilic character of the micro-porous grains). The last part of this work relates to study of the thermal effects in the near wall region (effects caused by the hydrodynamic channelling phenomena). A new experimental set-up, with heating by a plane foil resistance on the wall and thermocouples inserted in the granular medium, has been built. Temperature measurements highlights the wall-effects. A new analytical model, that will make simulations of a two layers porous medium (core and near-wall regions) has been developed
Le transfert de chaleur dans un milieu granulaire traversé par un fluide est appelé dispersion thermique. Celle-ci résulte d'une combinaison des transferts diffusif et convectif de la chaleur. La maîtrise de la dispersion thermique est essentielle lorsqu'on effectue des réaction chimiques en catalyse hétérogène fortement endo ou exothermique. Dans ce type de situation il est en effet primordial de contrôler la conversion chimique et/ou la durée de vie d'un catalyseur. Ce travail concerne la caractérisation expérimentale de la dispersion thermique dans les milieux granulaires, d'abord à c?ur puis en proche paroi. Dans la première partie du travail, un banc constitué d'une enceinte parallélépipédique remplie d'un milieu granulaire (bille de verre ou grains de support de catalyseur) a été construit. Il est traversé par un écoulement d'air assuré par un ventilateur situé en aval du banc. Le lit est chauffé par effet Joule (échelon temporel) grâce à un fil métallique perpendiculaire à l'écoulement. La réponse transitoire en température est mesurée par plusieurs thermocouples. Une technique d'inversion spécifique permet d'estimer les deux coefficients de dispersion thermique. Des corrélations expérimentales, basées sur une analyse dimensionnelle, ont été établies pour expliquer les variations avec la vitesse des coefficients de dispersion longitudinal et transverse. Celles-ci découlent de nos mesures sur les systèmes billes de verre/air et support de catalyseur azote (l'azote sec permet de s'affranchir des problèmes d'hygrophilie des grains qui sont eux-mêmes dotés d'une microporosité interne). Le dernier volet de ce mémoire concerne l'étude des effets thermiques en proche paroi (effets liés aux survitesses). Un nouveau banc expérimental, avec chauffage par une résistance pelliculaire plane implantée sur la paroi et thermocouples insérés dans le milieu granulaire, a été mis en place et une campagne de mesure a permis de mettre en évidence les effets de paroi. Un nouveau modèle analytique, qui doit permettre des simulation de dispersion sur un lit composé de deux couches (à c?ur et en proche paroi), a également été développé

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Citer

Amélie Testu. Dispersion thermique dans des milieux granulaires : caractérisation à coeur et en proche paroi. Autre. Institut National Polytechnique de Lorraine, 2005. Français. ⟨NNT : 2005INPL100N⟩. ⟨tel-01752511⟩
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