Caractérisation des coefficients de dispersion thermique de mousse céramique de type SiC à température ambiante.

Sans Morgan^1, ⋆, Moyne Christian¹, Schick Vincent¹, Farges Olivier¹, Parent Gilles¹, Maillet Denis^1
⋆ : morgan.laurent-sans@univ-lorraine.fr
¹ Université de Lorraine
Mots clés : mousse céramique, dispersion thermique, caractérisation thermique
Résumé :

Les mousses céramiques à forte porosité (7-60 ppi) de type SiC, de par leurs propriétés optiques et leur bonne tenue à haute température, ont un fort potentiel pour servir d’absorbeur/récupérateur de rayonnement dans des systèmes de valorisation des chaleurs fatales. La mise en œuvre de ces mousses dans de tel dispositif nécessite de s’intéresser dans un premier temps à l’étude du transfert couplé conduction/convection forcée (le couplage radiatif fera l’objet d’une étude ultérieur). L’objectif de ce travail est de caractériser la dispersion thermique des milieux poreux à travers l’estimation du coefficient de dispersion thermique. Ce dernier correspond à la conductivité thermique équivalente par conduction (fluide/solide) et par advection. Un banc expérimental à température ambiante a été conçu. Il est composé d’un alignement de cinq cylindres de mousse de 20 cm de long et 5 cm de diamètre enfermés dans un châssis hermétique, Chaque intervalle est instrumenté par des thermocouples de type N. Ce banc permet ainsi simultanément la réalisation d’une excitation thermique sous la forme d’air chauffé en amont et la mesure de la température en différentes positions dans le fluide et le solide. Un modèle reposant sur un modèle à une température [1] et utilisant le formalisme quadripolaire a été développé. Il prend en compte les phénomènes de transport au travers de coefficients de dispersion (axial et radial) et d’un terme d’advection. Ce modèle à l’avantage de prendre en compte le transfert 2D, multicouches et, par l’utilisation de la convolution, de s’affranchir de la dépendance temporelle de l’excitation. Le modèle permet une prédiction précise du comportement expérimental pour de faibles vitesses d’écoulement. Un biais est observé pour des vitesses plus élevées. Une stratégie d’inversion adéquate permet d’identifier des coefficients de dispersion axiaux et radiaux. Les résultats obtenus permettent cependant l’observation d’un comportement proche de celui prédit par la littérature sur des milieux poreux céramiques ou métalliques [2,3].

 [1] T. Metzger. Dispersion thermique en milieux poreux : caractérisation expérimentale par technique inverse. PhD thesis, Institut National Polytechnique de Lorraine, 2002.

 [2] C. Hutter, A. Zenklusen, R. Lang, and Ph. R. von Rohr. Axial dispersion in metal foams and streamwise-periodic porous media. Chemical engineering science, 66(6) :1132–1141, 2011.

 [3] T. T. Edouard, D.and Huu, C. P. Huu, F. Luck, and D. Schweich. The effective thermal properties of solid foam beds : Experimental and estimated temperature profiles. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(19-20) :3807–3816, 2010.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-154

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