L'OBJECTIF MAJEUR DE CETTE RECHERCHE EST L'ETUDE ET LA MODELISATION DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DES MATERIAUX GRANULAIRES UTILISES DANS LE BATIMENT COMME ISOLANT ; A CETTE EFFET NOUS AVONS CHOISI COMME SUPPORT EXPERIMENTAL LES BILLES DE VERRE EXPANSE ET LES BILLES D'ARGILE EXPANSEE. LES CONDUCTIVITES THERMIQUES ONT ETE MESUREES EN REGIME STATIONNAIRE PAR LA METHODE DITE METHODE DES BOITES QUI A ETE DEVELOPPEE AU LABORATOIRE D'ETUDES THERMIQUES ET SOLAIRES DE L'UNIVERSITE CLAUDE BERNARD DE LYON. D'AUTRE PART, UNE NOUVELLE METHODE DE MESURE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE A BASSE TEMPERATURE A ETE CONCUE ET MISE EN UVRE. NOUS AVONS PROPOSE UNE MODELISATION DES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LES MILIEUX GRANULAIRES ; CELLE CI REPOSE SUR LA COMBINAISON DE DEUX MODES DE TRANSFERT, LE PREMIER TENANT COMPTE DES PHENOMENES DE CONDUCTION PURE ET LE SECOND SUR LE TRANSFERT RADIATIF DANS LE VIDE INTERGRANULAIRE. UNE HYPOTHESE A ETE VERIFIEE CONCERNANT LA REPARTITION SERIE-PARALLELE DES STRATES DU MODELE RETENU, A SAVOIR QUE L'ON PEUT CONSERVER LA DISTRIBUTION RETENUE AVEC LES BILLES SEULES ET L'UTILISER POUR MODELISER LES TRANSFERTS LORSQUE LE VIDE INTERGRANULAIRE EST REMPLI D'EAU LIQUIDE, DE GLACE ET DE CIMENT. CECI NOUS A PERMIS D'APPORTER UNE CONTRIBUTION INTERESSANTE A LA MODELISATION THERMIQUE DES MILIEUX GRANULAIRES

The rapid growth of literature on convective heat and mass transfer through porous media has brought both engineering and fundamental knowledge to a new state of completeness and depth. Additionally, several new questions of fundamental merit have arisen in several areas which bear direct relation to further advancement of basic knowledge and applications in this field. For example, the growth of fundamental heat transfer data and correlations for engineering use for saturated media has now reached the point where the relations for heat transfer coefficients and flow parameters are known well enough for design purposes. Multiple flow field regimes in natural convection have been identified in several important enclosure geometries. New questions have arisen on the nature of equations being used in theoretical studies, i. e. , the Validity of Darcy assumption is being brought into question; Wall effects in high and low velocity flow fields have been found to play a role in predicting transport coefficients; The formulation of transport problems in fractured media are being investigated as both an extension of those in a homogeneous medium and for application in engineering systems in geologic media and problems on saturated media are being addressed to determine their proper formulation and solution. The long standing problem of how to adequately formulate and solve problems of multi-phase heat and mass transfer in heterogeneous media is important in the technologies of chemical reactor engineering and enhanced oil recovery.

Les transferts de chaleur par convection naturelle, rayonnement et conduction à travers les parois métalliques simples et doubles fortement chauffées se rencontrent fréquemment dans les dispositifs de chauffage ou de récupération de chaleur domestiques et industriels, mais n'ont jamais fait l'objet de recherches spécifiques. Une étude théorique approfondie de ces couplages est présentée à partir d'une recherche bibliographique très large, en particulier sur la transition turbulente. Un dispositif expérimental permet d'appliquer un flux de chaleur uniforme élevé régulé sur une face d'une double paroi en acier noir épais de largeur réglable. Les équations elliptiques de transfert radiatif et de transport conducto-convectives turbulentes sont résolues au moyen du code fluent. Le fonctionnement de la double paroi est mis en évidence, et une nouvelle corrélation globale du flux de chaleur interne d'une double paroi rayonnante est établie, ainsi qu'un critère d'optimisation. Une méthode thermoanémométrique corrélative et spectrale est développée au moyen d'une sonde unique en quartz à double microthermocouple. Les champs moyens et fluctuants de température et de vitesse, les densités de flux convectifs et radiatifs, ainsi que la structure turbulente des couches limites thermiques sont ainsi déterminés expérimentalement, particulièrement en régime de transition. La méthode thermoanémométrique et le bilan thermique complet sont valides sur une plaque plane verticale conductrice et rayonnante. Il apparaît que le nombre de Grashof critique diminue fortement lorsque la densité du flux augmente, même si le rayonnement domine.

Equilibrium and Transfer in Porous Media 3 A porous medium is composed of a solid matrix and its geometrical complement: the pore space. This pore space can be occupied by one or more fluids. The understanding of transport phenomena in porous media is a challenging intellectual task. This book provides a detailed analysis of the aspects required for the understanding of many experimental techniques in the field of porous media transport phenomena. It is aimed at students or engineers who may not be looking specifically to become theoreticians in porous media, but wish to integrate knowledge of porous media with their previous scientific culture, or who may have encountered them when dealing with a technological problem. While avoiding the details of the more mathematical and abstract developments of the theories of macroscopization, the author gives as accurate and rigorous an idea as possible of the methods used to establish the major laws of macroscopic behavior in porous media. He also illustrates the constitutive laws and equations by demonstrating some of their classical applications. The priority is to put the constitutive laws in concrete circumstances without going into technical detail. This third volume in the three-volume series focuses on the applications of isothermal transport and coupled transfers in porous media.

CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS UN MILIEU POREUX SATURE EN LIQUIDE, AVEC OU SANS ECOULEMENT, AVEC OU SANS CHANGEMENT D'ETAT. LA PREMIERE PARTIE CONSTITUE UN RAPPEL DES DEFINITIONS ET DES GRANDEURS CARACTERISANT CES MILIEUX AINSI QUE L'APPROCHE CLASSIQUE UTILISEE. CE RAPPEL EST SUIVI D'UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR AVEC CHANGEMENT DE PHASE LIQUIDE-VAPEUR DANS UN MILIEU POREUX. CETTE REVUE CONCERNE ESSENTIELLEMENT LES PHENOMENES D'EBULLITION D'UN LIQUIDE AU REPOS. LA SECONDE PARTIE A TRAIT A LA METHODOLOGIE EXPERIMENTALE ADOPTEE DANS CE TRAVAIL, A LA DESCRIPTION DU MONTAGE, AINSI QU'A LA TECHNIQUE DE TRAITEMENT DES DONNEES FOURNIES PAR L'ENSEMBLE DES CAPTEURS DE MESURE. L'ENSEMBLE EXPERIMENTAL AINSI CONCU PERMET DE DETERMINER LES CHAMPS DE TEMPERATURES ET LEURS EVOLUTIONS SPATIO-TEMPORELLES. LA TROISIEME PARTIE EST CONSACREE A LA MODELISATION DES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS CES MILIEUX. CETTE MODELISATION REPOSE PRINCIPALEMENT SUR LES EQUATIONS DE BILAN PERMETTANT DE DECRIRE LES VARIATIONS SPATIO-TEMPORELLES DES GRANDEURS EN TOUS POINTS DU MILIEU POREUX, AUSSI BIEN DANS LE CAS D'UN TRANSFERT DE CHALEUR EN MONOPHASIQUE QUE DANS LE CAS DU CHANGEMENT DE PHASE LIQUIDE-VAPEUR D'UN LIQUIDE EN ECOULEMENT. LA RESOLUTION NUMERIQUE EST EFFECTUEE DANS LE CAS MONOPHASIQUE ET LA COMPARAISON AVEC L'EXPERIENCE EST REALISEE DANS CE CAS

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 cœur 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 cœur et en proche paroi), a également été développé

CE TRAVAIL A POUR OBJET L'ANALYSE DU COUPLAGE CONDUCTION-CONVECTION FORCEE EN REGIME THERMIQUE VARIABLE, DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT FLUIDE ENTRE PLAQUES PARALLELES EPAISSES. IL S'AGIT DE PRECISER LA FONCTION DE TRANSFERT OBTENUE POUR UNE EXCITATION PERIODIQUE IMPOSEE A L'ENTREE DU FLUIDE. L'ETUDE COMPREND TROIS PARTIES: LA PREMIERE EST CONSACREE A L'ANALYSE THEORIQUE DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT LAMINAIRE A PLAN DIRECTEUR. LE COUPLAGE EST TRAITE EN ECRIVANT L'EGALITE DES FLUX ET DES TEMPERATURES A L'INTERFACE (CONDITION LIMITE DITE DE TYPE 4). UNE SOLUTION ANALYTIQUE A ETE DEVELOPPEE MOYENNANT L'HYPOTHESE D'UN PROFIL DE VITESSE UNIFORME (SLUG FLOW). CE PROBLEME EST EGALEMENT RESOLU A L'AIDE DU MODELE QUASI-STATIONNAIRE, LE COUPLAGE A L'INTERFACE EST ALORS ASSURE EN INTRODUISANT LA NOTION DE COEFFICIENT DE CONVECTION. LA DEUXIEME PARTIE CONCERNE LA SIMULATION NUMERIQUE D'UN ECOULEMENT FLUIDE EN REGIME LAMINAIRE ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES. LE CHAMP DYNAMIQUE EST CONSIDERE ETABLI PARABOLIQUE. LA REPONSE THERMIQUE EST ETUDIEE EN FONCTION DES DIFFERENTS PARAMETRES DU PROBLEME, TELS QUE LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE ET LES CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES DU FLUIDE ET DU SOLIDE. LE MODELE NUMERIQUE UTILISANT UNE FORMULATION EXPLICITE AUX DIFFERENCES FINIES EST VALIDE PAR RAPPORT A LA SOLUTION EXACTE DEVELOPPEE DANS LA PREMIERE PARTIE. EN REGIME TURBULENT, DES PROFILS CLASSIQUES DE DISTRIBUTION DE VITESSE ET DE VISCOSITE SONT UTILISES DANS UN MODELE PSEUDO-LAMINAIRE. LES RESULTATS SONT ALORS COMPARES A CEUX OBTENUS SIMPLEMENT PAR L'UTILISATION DU NOMBRE DE NUSSELT. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE A L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECOULEMENT D'EAU DANS UN CANAL RECTANGULAIRE DE SECTION 300 X 20 MM#2 ET DE LONGUEUR 3 M. LES PAROIS SONT EN ACIER INOXYDABLE DE 5 MM D'EPAISSEUR. LE FLUIDE ABORDE LE CANAL AINSI DEFINI AVEC UNE TEMPERATURE D'ENTREE EVOLUANT SELON UNE LOI TEMPORELLE PERIODIQUE. ON S'INTERESSE A LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE LONGITUDINALE DANS L'AXE DU CANAL ET A LA PAROI. EN PRATIQUE, NOUS DISPOSONS DE DEUX PARAMETRES, A SAVOIR LE NOMBRE DE REYNOLDS ET LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT CONFRONTES AUX MODELES PRECEDENTS