Introduction
Le phénomène d'ébullition sous
saturée ou locale intervient dans divers applications industrielles,
dans les grandes installations thermiques (centrales électriques,
complexes sidérurgiques ou raffineries) ou dans les petits et moyens
équipements (microprocesseurs, moteurs à combustion interne,
...), dans le développement des systèmes de refroidissement
modernes, les performances croissantes en puissance conduisent à des
charges thermiques considérables sur les surfaces chauffantes. De tels
systèmes présentant des limitations sur la surface
d'échange disponible pour le transfert de chaleur, du débit du
fluide caloporteur et sur les températures admissibles des parois qui ne
peuvent être refroidis que par le passage contrôlé du fluide
caloporteur du régime simple phase liquide au régime
d'ébullition nucléée.
Sous certaines conditions appelées `'conditions
critiques» la vapeur produite forme une barrière thermique
entraînant une montée brusque de la température, le flux
thermique critique provoque une dégradation brutale du coefficient de
transfert de chaleur pouvant entraîner la fusion de la paroi chauffante.
Ce phénomène est appelé »crise
d'ébullition».
La crise d'ébullition est un phénomène
brutal et destructif qu'il faut à tout prix éviter son apparition
dans les systèmes thermiques, selon les conditions de l
écoulement, il existe deux types de crise d'ébullition :
- crise d'ébullition à faible titre appelée
aussi »caléfaction». - crise d'ébullition à
titre élevé appelée »assèchement».
Les systèmes faisant intervenir le
phénomène d'ébullition en fonctionnement normal dissipent
et permettent d'extraire de grande quantité de chaleur à des
écarts des températures faibles. ce mode de transfert de chaleur
par ébullition à un coefficient d'échange sensiblement
augmenté, est associé à un phénomène
d'évaporation très complexe mal compris et mal défini
à ce jour et constitue un grand défit pour les
développeurs des codes CFD (Computational Fluid Dynamic). Pour son
application dans l'ingénierie,
Beaucoup de corrélations modélisant ce
phénomène à partir de banques de données issus des
expériences, et à l'aide d'outils d'analyse statistique, en
fonction des paramètres d'influence judicieusement choisis et
mesurés : la géométrie, la puissance, débit, etc.
Cette approche présente deux inconvénients :
- Son coût élevé et le manque de
généralité.
- Les corrélations développées ne sont pas
applicables en dehors du domaine d'application correspondant aux conditions de
l'expérience.
En effet, les chercheurs ont tentés une deuxième
méthode consiste à identifier les mécanismes physiques qui
provoquent le phénomène, cette approche requiert une
modélisation réaliste du phénomène complexe de
l'ébullition relatif au transfert de chaleur diphasique. , plusieurs
modèles mécaniste on étés développés
(modèle Basu et al, Kurul et Podowski et Yeoh et al).
Dans ce travail, nous nous intéressons à
l'étude du modèle mécaniste dit à quatre (4) flux
proposée par Yeoh et al (2008) pour la prédiction du transfert de
chaleur dans la région d'ébullition sous saturée.
Pour ce faire, on a structuré notre mémoire en
cinq (05) chapitres. Dans le premier chapitre sert à rappeler de notions
fondamentales et de grandeurs caractéristique d'un écoulement
diphasique ainsi qu'à la description des régimes
d'ébullition et régions d'écoulements rencontrés
dans le cas d'ébullition en vase clos et dans le cas d'un tube
chauffant. Dans le deuxième chapitre, nous scrutons les régimes
d'ébullition dont une étude particulière aux
régimes d'ébullitions sous-saturée en donnant les
différentes corrélations qui régissent le transfert de
chaleur dans ces régions. Le chapitre trois (3) passe en revue les
différents modèles mécanistes actuels dont une
étude particulière de modèle de Yeoh. Le quatrième
(4) chapitre est consacré à décrire la méthode de
calcul et en utilisant ce modèle pour élaboration d'un programme
en langage Fortran dont l'objectif principal est la prédiction de
coefficient d'échange thermique dans les régions sous-refroidies.
Le dernier est consacrer à la discutions des résultats
prédis par ce modèle et on finira par une conclusion
générale.
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