ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR EN MATERIAU A CHANGEMENT DE PHASE (MCP)

Abstract

دراسة تجريبية لمبادل حراري لمواد متغيرة الطور (PCM)

ملخص: يتعلق العمل المقدم في هذه الرسالة بالدراسة التجريبية لمبادل حراري لمواد متغيرة الطور (PCM). في هذه الدراسة ، تم اختبار ثلاثة تكوينات بمبادل حراري واحد بطول متر واحد فقط. المبادل عبارة عن مبادل أنبوب نحاسي بسطح تبادل (جانب مائع) يبلغ 0.044 متر مربع ، والذي سيتم تعريفه على أنه المبادل المرجعي. يتم وضع أنبوب PMMA شفاف حول المبادل ، حيث يتم احتواء البارافين. بالنسبة لمبادل الأنبوب النحاسي الأملس ، يتم وضع خمس مزدوجات حرارية في منتصف MCP (البارافين) ، في المحيط الخارجي (عند ملامسة أنبوب PMMA). الهدف هو فهم سلوك مثل هذه المبادلات في حالة عابرة في اتصال مع PCM. دراسة تجريبية في درجة حرارة منخفضة، سيتم اختبار مبادل من النوع الأنبوبي مع اتجاهات أفقية ورأسية مختلفة. يتم حقن الماء في قسم الاختبار الأفقي الأول (من اليمين إلى اليسار)، وقسم الاختبار العمودي الثاني (من الأسفل إلى الأعلى) والثالث (من الأعلى إلى الأسفل). الدراسات الثلاث التي أجريناها لكل شحنة (تسخين) وتفريغ (تبريد) للمياه الموجودة في الأنبوب الداخلي وأجهزة PCM في الأنبوب الخارجي. يظهر التحليل أن نتائج الحالات الثلاث مثالية مع الواقع المادي.

الكلمات المفتاحية: التخزين الحراري ، مواد تغيير الطور (PCM) ، المبادلات الحرارية ، درجة الحرارة. Etude expérimentale d'un échangeur de chaleur en matériau à changement de phase (MCP).

Résumé : Le travail exposé dans ce mémoire, porte sur l’étude expérimentale d'un échangeur de chaleur en matériau à changement de phase (MCP). Dans cette étude, trois configurations avec un seul d’échangeur de longueur un mètre sont testés. L'échangeur est un échangeur à tube en cuivre présentant une surface d’échange (côté fluide) de 0.044 m², qu’on définira comme échangeur de référence. Un tube transparent en PMMA est placé autour de l’échangeur, dans lequel est contenue la paraffine. Pour l'échangeur à tubes lisse en cuivre, cinq thermocouples sont placés au milieu du MCP (paraffine), à la périphérie extérieure (au contact du tube de PMMA). Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, un échangeur de type tube-calandre seront testés avec différentes orientations horizontale et verticale. Les injections d'eau dans la première section d'essai horizontale sont en (droites vers la gauche), la deuxième section d'essai vertical en (bas vers le haut) et le troisième (en haut vers Bas). Les trois études nous avons fait pour chacun la charge (chauffage) et décharge (refroidissement) de l’eau qui se situe dans le tube interne et les MCP dans le tube externe. L’analyse montre que les résultats pour les trois cas aient parfaits avec la réalité physique.

Mots clés : Stockage thermique, Matériaux à Changement de Phase (MCP), Échangeurs de chaleur, Température.

Experimental study of a phase change material (PCM) heat exchanger

Abstract: The work presented in this dissertation concerns the experimental study of a phase change material (PCM) heat exchanger. In this study, three configurations with only one heat exchanger of one meter length are tested. The exchanger is a copper tube exchanger with an exchange surface (fluid side) of 0.044 m², which will be defined as the reference exchanger. A transparent PMMA tube is placed around the exchanger, in which the paraffin is contained. For the smooth copper tube exchanger, five thermocouples are placed in the middle of the MCP (paraffin), at the outer periphery (in contact with the PMMA tube). The goal is to understand the behavior of such exchangers in transient state in contact with PCM. An experimental study at low temperature, a tube-shell type exchanger will be tested with different horizontal and vertical orientations. The water injections in the first horizontal test section is in (right to left), the second vertical test section in (bottom to top) and the third (top to bottom). The three studies we have done for each charge (heating) and discharge (cooling) of the water located in the inner tube and the PCMs in the outer tube. The analysis shows that the results for the three cases are perfect with the physical reality.

Keywords: Thermal storage, Phase Change Materials (PCM), Heat exchangers, Temperature.