Walid Samah^1, ⋆, Pascal Clain¹, Laurence Fournaison², François Rioual², Anthony Delahaye^2
⋆ : walid.samah@inrae.fr
¹ Léonard de Vinci Pôle Universitaire, Research Center, 92916 Paris la Défense, France - Université Paris-Saclay, INRAE, FRISE, 92761 Antony
² Université Paris-Saclay, INRAE, FRISE, 92761 Antony, France
Mots clés : Transfert thermique; congélation; échangeurs; surface superhydrophobe; angle de contact; transition de mouillage; glace; adhérence.
Résumé :

Dans le contexte de la réfrigération secondaire, les coulis de glace offrent des avantages énergétiques et environnementaux par rapport aux fluides monophasés (généralement l’eau) en raison de la présence de particules de glace dans le liquide porteur. Ces coulis sont souvent obtenus par des générateurs à surface raclée. Cependant, ces dispositifs présentent certains inconvénients, notamment une surconsommation d’énergie liée au raclage, qui dégrade le rendement énergétique de l’installation, ainsi que des coûts de maintenance liés à l’usure des lames de raclage. Ainsi, le développement de générateurs sans raclage fait l’objet de nombreuses recherches. Ici, on s’intéresse à l’utilisation d’un revêtement superhydrophobe (SH) pour la production de coulis de glace. En effet, les surfaces superhydrophobes (SH) sont connues pour leur capacité à augmenter le degré de surfusion et à retarder la congélation, ce qui présente un grand intérêt dans le domaine de la production de froid, soit pour réduire la formation de glace sur les évaporateurs des machines frigorifiques afin d’améliorer les transferts thermiques, soit pour produire de l’eau surfondue pour des applications de réfrigération secondaire. L’objectif de ce travail est de caractériser la congélation d’une goutte d’eau sur des plaques en aluminium avec revêtement superhydrophobe (SH). Un intérêt particulier est porté aux changements des propriétés superhydrophobes (SH) de ces surfaces pendant le refroidissement. Des mesures de l’évolution de l’angle de contact ont été utilisées pour caractériser l’état de mouillage des plaques revêtues et non revêtues à différentes températures et niveaux d’humidité. Les résultats montrent que le revêtement maintient la superhydrophobie des plaques à des températures supérieures à 10 ^∘C pour différents niveaux d’humidité. À basse température, le revêtement superhydrophobe (SH) entraîne un sous-refroidissement de la goutte avec un degré de surfusion d’environ 8 ^∘C. Les angles de contact diminuent significativement avec la baisse de la température et l’augmentation de l’humidité. Un modèle semi-empirique de l’évaporation d’une goutte sur une surface superhydrophobe est présenté et comparé aux résultats expérimentaux.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2022-045

PDF : download