‰tude exp©rimentale et num©rique des ©coulements diphasiques et

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  • AVERTISSEMENT

    Ce document est le fruit d'un long travail approuv par le jury de soutenance et mis disposition de l'ensemble de la communaut universitaire largie. Il est soumis la proprit intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de rfrencement lors de lutilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pnale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr

    LIENS Code de la Proprit Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Proprit Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm

  • INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE cole doctorale RP2E

    Ressources, Procds, Produits, Environnement

    Laboratoire Ractions et Gnie des Procds

    THSE Prsente et soutenue publiquement le 24 Janvier 2012

    par

    Selma Ben SAAD

    pour lobtention du grade de

    Docteur de lINPL Spcialit : Gnie des procds

    Etude exprimentale et numrique des

    coulements diphasiques

    et du diagnostic des changeurs

    industriels plaques et ondes

    Rapporteurs : Laurent PRAT Matre de confrences HDR, Toulouse

    Louns TADRIST Professeur des Universits, Marseille

    Examinateurs : Patrice CLEMENT Chercheur-Ingnieur CEA, Grenoble

    Caroline GENTRIC Professeur des Universits, Saint-Nazaire

    Christian JALLUT Professeur des Universits, Lyon

    Jean-Pierre LECLERC Directeur de recherche CNRS, Nancy

    Membre invit : Sylvie RIOU Ingnieur expert ADEME

  • Aux meilleurs parents du monde Abdelwaheb et Sghaira,

    A mes frres Beji et Bchir,

    A mes surs Raja et Sana,

    Et ma petite adorable Sarra

    Things should be as simple as possible, but not simpler A Einstein

  • REMERCIEMENTS

    Ce travail a t ralis au Commissariat lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives

    Grenoble (CEA Grenoble) dans le laboratoire des systmes thermiques (LETH). Il a t financ et

    suivi par lAgence De lEnvironnement et de la Maitrise de lEnergie (ADEME).

    Tout dabord, je remercie mes directeurs de thse et mes encadrants CEA pour leurs qualits

    personnelles et les apports professionnels varis et complmentaires. Comme je le dis souvent, jai t,

    durant ces trois annes de thse, extrmement bien entoure, puisque jai eu la chance de bnficier du

    soutien, de lexprience et des conseils de quatre encadrants. Merci Jean Pierre Leclerc de mavoir

    accord son soutien et ses larges connaissances dans le domaine des traceurs, et qui marrte chaque

    fois pour ne pas aller vite. Je remercie Caroline Gentric pour ses bonnes connaissances en mcanique

    des fluides et en CFD et Patrice Clment grce lui et la richesse de ses connaissances exprimentales

    jai appris la patience et le got pour les tudes exprimentales. Je tiens remercier galement Jean

    Franois Fourmigu pour tous ses apports en mcanique des fluides et en CFD et le temps quil ma

    accord pour rpondre mes nombreuses questions. Je crois que lexprience de tout mes encadrants a

    t contagieuse, puisque je suis moi mme devenue la fin perfectionniste en domaine exprimentale

    et numriques des changeurs de chaleur.

    Je tiens remercier tous les membres du Jury, Christian Jallut professeur luniversit de

    Lyon, Lounes Tadrist professeur luniversit de Marseille et Laurent Prat matre de confrences

    HDR luniversit de Toulouse, pour lintrt quils ont apport ma thse, pour leurs prcieuses

    remarques et toutes les discussions intressantes quils ont amenes.

    Je remercie galement tous les ingnieurs ADEME qui ont suivi le droulement des travaux de

    ma thse, Cdric Garnier, Hlne Rivire-Kaluc, et Sylvie Riou pour le grand intrt quils ont apport

    ce projet,

    Je remercie galement lindustriel Fives Cryognie qui a mis disposition les sections dessais

    sur linstallation exprimentale FIVE, ainsi que son ingnieur charg de R&D Gatan Bergin qui ma

    aid par sa connaissance de la problmatique industrielle de la thse ainsi que par son exigence dans la

    reprsentativit de nos essais.

  • Merci toute lquipe du LETH et celle du laboratoire LRGP (Laboratoire Ractions et de

    Gnie des Procds) Nancy, pour la bonne ambiance et tous les moments partags. Plus

    particulirement, merci Jrme Bentivoglio de mavoir aid tout le long de la thse dans la mise au

    point de la section dessais et surtout pour les nombreux montages et dmontages.

    Pour cette thse, je dois beaucoup mes parents, mes frres et surs avec qui jai vcu dans un

    climat toujours serein et labri de tout souci affectif.

  • Table des matires

    7

    TABLE DES MATIERES

    Nomenclature .......................................................................................................................... 12

    Chapitre 1: Introduction: contexte industriel et scientifique

    I. Contexte industriel de ltude ......................................................................................... 17

    1 Prsentation : changeurs plaques et ondes ...................................................................... 17

    2 Problmatique de la distribution des phases dans les changeurs de chaleur .................. 20

    3 Outils danalyse ...................................................................................................................... 22 3.1 Approche exprimentale .................................................................................................................... 22 3.2 Traage dcoulements ...................................................................................................................... 22 3.3 Approche numrique .......................................................................................................................... 23 3.4 Conclusion ......................................................................................................................................... 23

    II. Objectifs des travaux et plan de la thse ......................................................................... 24

    Rfrences ................................................................................................................................ 27

    Chapitre 2: Dispositif exprimental et mthodes de calcul

    I. Introduction ..................................................................................................................... 31

    II. Dispositif exprimental .................................................................................................... 32

    1 Ralisation de la boucle FIVE (Flow In Visualisation Exchanger) .................................... 32

    2 Les installations dentre des deux fluides ........................................................................... 34

    3 Alimentation des fluides ......................................................................................................... 34

    4 Distributeur de la phase liquide ............................................................................................ 36

    5 Profil de distribution diphasique ......................................................................................... 37

    6 Ailettes plates et dcales ....................................................................................................... 38

    7 Calandre .................................................................................................................................. 39

    8 Le collecteur des deux phases ................................................................................................ 40

    III. Instrumentations ............................................................................................................. 40

    1 Dbitmtres ............................................................................................................................. 40

    2 Capteurs de pression .............................................................................................................. 41

    IV. Techniques de mesures ............................................................................................... 43

    1 Unit dacquisition ................................................................................................................. 43

    2 Dispositif exprimental pour ltude hydrodynamique ...................................................... 43

    3 Systme de visualisation ......................................................................................................... 44 3.1 Dispositif de la camra rapide ............................................................................................................ 44 3.2 Mthode dutilisation du dispositif .................................................................................................... 45 3.3 Positionnement sur le canal dchangeur ........................................................................................... 45

    4 Systme de Traage de la phase liquide ............................................................................... 46

  • Table des matires

    8

    4.1 Choix de la mthode : Mesure de la DTS du liquide par conductimtrie........................................... 46 4.2 Mise au point de la mthodologie du traage ..................................................................................... 47

    5 Grille dessais .......................................................................................................................... 48

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