Modélisation individu centré de la condensation en gouttes : Impact des paramètres opératoires sur les transferts

Jeremie Lethuillier2^{2}, Frédéric Topin1,⋆^{1,\star}, Pascal Lavieille2^{2}, Marc Miscevic2^{2}
⋆^{\star} : frederic.topin@univ-amu.fr
1^{1} IUSTI, Aix-Marseille University
2^{2} LAPLACE, Paul Sabatier University
Mots clés : Condensation en goutte ; Modèle basé sur un bilan de population ; Modèle basé sur l’indi- vidu ; Coefficient de transfert ; Analyse paramétrique
Résumé :

Il existe deux approches différentes permettant de déterminer la valeur du coefficient de transfert lors de la condensation en gouttes. L’approche généralement utilisée repose sur deux sous modèles : un modèle des transferts de chaleur au travers d’une goutte unique et un modèle de la distribution de la taille des gouttes. Cette dernière peut être déterminée de deux manières différentes : soit en utilisant une loi semi-empirique pour caractériser la population des gouttes observables expérimentalement, couplé à une équation de bilan pour les plus petites gouttes (notée PBM, « Population Balance Model »), soit en utilisant une approche numérique de type "lagrangienne" (notée IBM, « Individual Based Model »). Généralement l’approche utilisée dans la littérature est PBM car l’inconvénient de l’approche IBM est qu’elle nécessite des temps de calcul très importants pour déterminer la distribution de l’ensemble des tailles de gouttes (de quelques nanomètres à quelques millimètres). Néanmoins, l’approche PBM n’a pas été validée que ce soit expérimentalement ou numériquement pour les plus petites gouttes (inférieures à quelques microns). De ce fait, un modèle IBM a été développé avec une attention particulière portée sur la détermination de la distribution des gouttes de petites tailles.

Une comparaison des résultats obtenus par les deux approches a alors été réalisée. Le modèle IBM permet de retrouver avec précision les distributions des gouttes de tailles supérieures à 10 μ\mum disponibles dans la littérature. En revanche, des écarts importants avec les résultats obtenus par l’approche PBM sur la distribution des tailles de gouttes inférieures ont été mis en évidence (jusqu’à un ordre de grandeur de différence).

Le modèle individus centrés a alors été utilisé pour faire une étude paramétrique sur les distributions de la taille des gouttes et les transferts de chaleur associés. Les paramètres considérés sont ceux pouvant être ajustés expérimentalement (au moins dans une plage donnée). Certains de ces paramètres influencent les transferts de chaleur au sein d’une goutte unique (mouillabilité, coefficient (cinétique) de condensation, sous refroidissement de la surface), alors que d’autres ont plutôt des effets géométriques (distance entre les sites de nucléation, rayon maximum, vitesse de balayage des gouttes en mouvement, longueur du substrat).

La communication sera focalisée sur l’analyse des trois paramètres les plus influents sur les transferts de chaleur (mouillabilité, densité de sites de nucléation et rayon maximum des gouttes). Une brève discussion sera également effectuée sur l’influence des autres paramètres.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-124

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