Adsorption et écoulement de vapeurs dans les milieux poreux PDF Download
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Author: Philippe Gounot
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 36
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Author: Philippe Gounot
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Category :
Languages : fr
Pages : 36
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Author: Abdul Raoof
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Category : Porous materials
Languages : fr
Pages : 196
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L'objectif général de cette étude a été de relier la morphologie interfaciale, dans des situations mesoscopiques, aux phénomènes d'adsorption et de transport dans des milieux poreux bien caractérises, principalement des silices différentes. Un appareil prototype pour la mesure des isothermes d'adsorption en continue a été réalise et valide. La mesure des isothermes de vapeur d'eau et d'azote montre que deux tiers de la surface de ces silices est hydrophobe. Malgré ce caractère composite de la surface, le remplissage des pores par condensation capillaire n'est pas empêche. Un mécanisme coopératif d'adsorption a été observe pour les molécules d'eau pendant la mesure des courbes t. La thermoporometrie a permis de montrer que les trois couches moléculaires d'eau au contact de la paroi du pore ne gèlent pas, expliquant ainsi l'insensibilité de cette technique a la nature hydrophobe de la surface. Le nombre de couches d'eau restant liquides près de la paroi est toutefois indépendant de la taille des pores. La compaction de deux silices a montre que la diminution de la porosité en fonction de la pression se traduit par une augmentation du nombre de coordination des sphères élémentaires. Le comportement des silices a la compression est contrôle par les différences des porosités et des facteurs géométriques (taille et forme des grains). La rmn montre que les deux temps de relaxation, t 1 et t 2, sont fortement dépendants de la quantité d'eau présente dans les pores. Les résultats de rmn montrent que seule les premiers deux couches d'eau sur les parois sont influencées par l'interaction avec la surface. L'étude de l'isotherme sur toute la gamme d'humidité relative a montre la présence d'hystérésis pour les temps de relaxation et le coefficient de diffusion. Ces observations suggèrent l'existence d'un état d'équilibre différent pour chacune des deux branches de l'isotherme. La mise en oeuvre de plusieurs méthodes explorant des gammes d'observation différentes et complémentaires a conduit a une description assez complète de ces silices. Cette étude fournit une base d'informations pour la caractérisation de milieux plus complexes tels que ceux rencontres en génie civil
Author: Laurent Perrier (Georges, Henri, Pierre)
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Languages : fr
Pages : 0
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Cette thèse vise à caractériser l'influence d'une phase adsorbée sur les déformations instantanées en milieu microporeux qui se distinguent par la présence de pores de diamètres inférieurs à 2 nanomètres. Les charbons, activés ou naturels, les roches à faibles perméabilités, les argiles et de nombreux biomatériaux rentrent dans cette catégorie. Par la présence d'une grande surface spécifique (surface développée du milieu poreux, de l'ordre de 100 à 1000 m2/g), les matériaux microporeux peuvent piéger, sous forme adsorbée, une grande quantité de molécules de fluide avec des applications dédiées à la récupération d'hydrocarbure, au stockage géologique, à la séparation, la catalyse ou au transport de médicament. Pour ces matériaux microporeux, une déviation de la poromécanique classique, introduite par Biot, est attendue. Dans les plus petits pores, de taille nanométrique, ces molécules de fluide se trouvent fortement confinées et leurs interactions sont modifiées. Cet effet a comme conséquence un gonflement macroscopique du milieu poreux. Le gonflement in situ induit par adsorption dans les charbons naturels a été identifié comme étant la source principale de la chute d'injectivité de CO2 lors de la production assistée de CH4 dans des veines de charbon. Les matériaux poreux naturels et de synthèse sont généralement composés d'une double porosité: la microporosité où le fluide est piégé sous forme adsorbée et une méso ou macroporosité nécessaire pour assurer le transport de fluide vers les nanopores. Le gonflement induit par adsorption de la matrice referme la porosité de transport, réduit la perméabilité globale du système poreux. Ce travail présente un nouveau modèle poromécanique étendu permettant de prédire les gonflements induits par adsorption de gaz en tenant compte de la variation incrémentale de la porosité au cours du gonflement. Ce modèle est tout d'abord développé dans le cas de milieux poreux purement microporeux, homogènes et isotropes, saturés par un fluide en conditions isothermes et réversibles. Le modèle est ensuite étendu au cas d'un milieu poreux présentant une double porosité, c'est à dire une porosité d'adsorption et une porosité de transport. Il présente l'originalité de n'avoir aucun paramètre à identifier au cours du trajet de chargement. Les caractéristiques poromécaniques initiales et les quantités adsorbées sont les uniques paramètres du modèle. Dans cette étude, un développement d'une nouvelle technique expérimentale de mesures simultanées de quantités adsorbées et de déformations induites par adsorption est réalisé. Le nouveau banc d'essai met en jeu une technique manométrique de mesure d'isotherme d'adsorption couplée à une mesure de déformations en plein champ par corrélation d'images numériques. Après une étude complète des incertitudes de mesure, la montage est validé en comparant avec des mesures de quantités adsorbées de CH4 et de CO2 sur un charbon actif de référence obtenues par la technique gravimétrique. Le banc d'essai développé est ensuite utilisé pour tester le nouveau modèle poromécanique sur un charbon actif. Ce matériau présente la particularité de posséder à la fois une microporosité et une macroporosité importantes. Les mesures et les estimations de déformations induites par adsorption sont confrontées. Un très bon accord est obtenu, validant le modèle développé. Une étude d'un charbon naturel issu d'un réservoir naturel est enfin réalisée. L'obtention de cartes de déformation en plein champ permet de visualiser directement l'évolution du réseau de failles naturelles lors de l'adsorption de gaz et d'isoler des zones homogènes entre ces failles où le modèle développé peut s'appliquer. Là encore, une comparaison modèle-expérience présente un bon accord.
Author: Guillaume Malvault
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Languages : fr
Pages : 0
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Deux approches pour caractériser les milieux poreux en terme de distribution de taille de pores (DTP) sont développées au sein de l'équipe ECPS. Ce travail a pour but de confirmer expérimentalement leurs validités. A l'instar des autres méthodes utilisant l'intrusion du mercure, l'adsorption isotherme ou la thermoporosimétrie, la première méthode consiste à utiliser un fluide à seuil d'écoulement. En effet, l'utilisation de l'écoulement d'un fluide à seuil de type Herschel-Bulkley, au travers d'un poreux, en fonction du gradient de pression permet (en utilisant les solutions analytique et numérique du problème inverse) de déterminer la fonction de distribution de la taille de pores. La seconde méthode utilise l'admittance complexe d'un milieu poreux, mesurée à partir de la réponse en débit à une sollicitation harmonique du gradient de pression. Comme la fréquence de la sollicitation est reliée aux rayons des pores par le biais de la profondeur de pénétration hydrodynamique, l'admittance permet de retrouver la distribution de taille de pores par la résolution numérique du problème inverse associé. Ces deux techniques sont basées sur le modèle de faisceaux de capillaires parallèles employé dans la plupart des autres études qui traitent du même problème. Nos expériences s'appuient sur des milieux poreux calibrés. L'application de ces techniques aux milieux poreux réels se fait actuellement en collaboration avec le TREFLE de Bordeaux. Les résultats expérimentaux obtenus affirment clairement la validité et l'applicabilité de ces deux méthodes pour la caractérisation de la DTP. Il est désormais envisageable de les transférer pour un usage industriel.
Author: International Institute of Refrigeration
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Category : Refrigeration and refrigerating machinery
Languages : fr
Pages : 1068
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Author: Marc Bonnissel
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Languages : fr
Pages : 175
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Cette thèse présente un nouveau procédé d'adsorption modulée en température base sur l'utilisation d'éléments thermoélectriques et d'un nouveau composite adsorbant à base de graphite expansé recomprimé. Le contexte de ce travail est la recherche de petits dispositifs compacts et souples adaptés à des installations embarquées. L’adsorption est un procédé exothermique dans lequel une augmentation de température provoque une diminution de quantité adsorbée. Les procédés classiques utilisent des gaz chauds ou de la vapeur pour régénérer le lit adsorbant. Les étapes de chauffage, de séchage et de refroidissement sont en général très longues ce qui impose des temps de cycles longs et l'emploi de grandes quantités d'adsorbant. Le chauffage par conduction à travers des surfaces de transfert est limité par la faible conductivité thermique des milieux poreux. La combinaison de graphite expansé naturel recomprimé avec un composé adsorbant tel que du charbon actif, permet d'obtenir un composite présentant à la fois des propriétés d'adsorption, et des propriétés de transfert de chaleur. Le nouveau composite fabriqué présente en effet une conductivité thermique six cent fois supérieure à celle d'un lit de charbon actif classique pour une perte de capacité d'adsorption d'environ 20%, et cela sans diminution de la perméabilité. Les modules thermoélectriques, pompes à chaleur sans pièces mobiles, permettent de refroidir le milieu poreux pendant l'adsorption et de chauffer celui-ci par simple inversion du sens du courant électrique pour la régénération. Les résultats obtenus montrent que des cycles d'adsorption/désorption d'une dizaine de minutes au lieu d'une dizaine d'heures pour des procédés classiques, sont réalisables. Cette étude porte à la fois sur une étude expérimentale et des résultats de simulation. Les expériences cycliques sont des essais d'orientation et d'évaluation.
Author: Ali Sahli
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Languages : fr
Pages : 204
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Ce travail est consacré au problème de l'ébullition d'un liquide dans un milieu poreux. La situation retenue est celle d'une colonne poreuse initialement saturée par le liquide (eau), chauffée par le bas avec une densité de flux de chaleur constante et refroidie par le haut à une température constante inférieure à la température d'ébullition du liquide. L'extrémité inférieure de la colonne est imperméable tandis que l'extrémité supérieure, perméable, est maintenue saturée par le liquide à pression atmosphérique. Cette configuration offre la possibilité d'obtenir, en régime permanent, une zone saturée de liquide au sommet de la colonne recouvrant une zone de mélange liquide-vapeur demeurant au voisinage de la température d'ébullition du fluide. Pour les flux de chaleur élevés une couche saturée de vapeur sèche peut apparaître en dessous de cette zone diphasique au contact de la plaque chaude. Cette structuration du milieu est partiellement instable puisque le gradient de densité est orienté en sens opposé à la gravité. Après avoir rappelé l'état de l'art concernant ce sujet, nous donnons quelques résultats expérimentaux relatifs à des essais d'ébullition d'eau dans des empilements de billes de verre. Il est montré que des régimes stables et d'autres instables peuvent être obtenus suivant l'intensité du chauffage par le bas. A partir de là, nous développons une analyse théorique concernant d'abord la stabilité d'une zone liquide recouvrant une zone vapeur puis celle, plus conforme à notre problème, d'une zone liquide recouvrant une zone diphasique. Les rôles respectifs de l'instabilité gravitationnelle, de la convection naturelle et du déplacement du front de condensation sont soigneusement analysés. Afin de mieux prendre en compte les conditions expérimentales, l'influence du confinement latéral est également traité.
Author: Yves Le Bray
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Languages : fr
Pages : 265
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NOUS PRESENTONS UNE ETUDE DES PHENOMENES DE CHANGEMENT DE PHASE LIQUIDE-VAPEUR EN MILIEU CAPILLARO-POREUX A PARTIR DE SIMULATIONS NUMERIQUES SUR RESEAUX DE PORES ET DE LIAISONS. DEUX SITUATIONS SONT INVESTIGUEES. DANS LA PREMIERE, LE CHANGEMENT DE PHASE, PILOTE PAR LE TRANSFERT DE MASSE EN PHASE GAZEUSE, S'EFFECTUE SOUS LES CONDITIONS DE SATURATION. LE CAS ETUDIE CORRESPOND EN FAIT AU PROBLEME CLASSIQUE DU SECHAGE D'UN MILIEU CAPILLARO-POREUX INITIALEMENT COMPLETEMENT SATURE. LA SECONDE SITUATION CORRESPOND A UN CAS OU LE CHANGEMENT DE PHASE S'EFFECTUE A LA TEMPERATURE DE SATURATION. CE DEUXIEME CAS EST MOTIVE PAR UNE APPLICATION PARTICULIERE, L'ETUDE DES TRANSFERTS COUPLES DE CHALEUR ET DE MASSE AU SEIN DE LA MECHE D'UN EVAPORATEUR CAPILLAIRE. LE SIMULATEUR-RESEAU TRIDIMENSIONNEL MIS AU POINT POUR L'ETUDE DU SECHAGE PERMET D'APPORTER UN ECLAIRAGE NOUVEAU SUR CE PROBLEME, PRINCIPALEMENT A PARTIR DE L'ANALYSE DE L'EVOLUTION DE LA STRUCTURATION DES PHASES A L'INTERIEUR DU MATERIAU EN COURS DE SECHAGE. CETTE ANALYSE EST EFFECTUEE DANS LE CADRE DE LA THEORIE DE LA PERCOLATION D'INVASION. LE CAS OU LES EFFETS DE LA GRAVITE NE SONT PLUS NEGLIGEABLES EST EGALEMENT ETUDIE NUMERIQUEMENT ET ANALYSE A L'AIDE DE LA THEORIE DE LA PERCOLATION EN GRADIENT. L'EFFET DE LA VISCOSITE DE LA PHASE LIQUIDE EST ANALYSE THEORIQUEMENT A PARTIR DE LA PERCOLATION EN GRADIENT. DES COMPARAISONS AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT EFFECTUEES. POUR L'ETUDE DU CAS OU LE CHANGEMENT DE PHASE S'EFFECTUE AUX CONDITIONS DE TEMPERATURE DE SATURATION, UN SIMULATEUR-RESEAU BIDIMENSIONNEL A ETE MIS AU POINT. CE SIMULATEUR PERMET L'ANALYSE DES TRANSFERTS COUPLES DE CHALEUR ET DE MASSE AVEC CHANGEMENT DE PHASE. L'ETUDE EST PRINCIPALEMENT CONSACREE A L'ANALYSE DE L'EFFET DE L'HETEROGENEITE DE LA MICROSTRUCTURE SUR LE DEVELOPPEMENT DE LA PHASE VAPEUR ET SUR LA STRUCTURE DU FRONT DE CHANGEMENT DE PHASE EN REGIME STATIONNAIRE. CETTE PARTIE CONDUIT A LA PROPOSITION D'UN DESIGN AMELIORE DE LA MECHE DE L'EVAPORATEUR EN TERMES DE SYSTEME A DEUX COUCHES AYANT DES PROPRIETES DE TRANSFERT DIFFERENTES
Author: José Paulo Barbosa Mota
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Languages : fr
Pages : 200
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La première partie de la thèse est consacrée à l'étude du stockage de gaz naturel par adsorption. Plusieurs outils théoriques ont été développés, notamment un simulateur bidimensionnel d'un réservoir de stockage permettant d'étudier les phénomènes d'adsorption, l'hydrodynamique et les effets thermiques associés aux remplissages et vidanges des réservoirs avec des géométries et dimensions réalistes. Les simulations ont mis en évidence des variations importantes de la température du stockage lors des remplissages et des décharges rapides. Ces variations de température entrainent des pertes de performance dans le système en réduisant la capacité de stockage. Plusieurs possibilités d'atténuer les changements de température sont discutées. L’influence des résistances diffusionnelles dans le comportement du stockage ainsi que le développement d'une formule pour estimer les temps minimales de remplissage, sont aussi étudiées. Un montage expérimental simple donnant accès à des paramètres physico-chimiques caractéristiques d'un système gaz/adsorbant est proposé. La deuxième partie de la thèse concerne l'étude de la convection naturelle dans un milieu poreux entre deux cylindres isothermes et horizontaux. Pour une couche concentrique et pour des rapports des rayons supérieurs à 1,7, la relation entre le nombre de Nusselt global et le nombre de Rayleigh présente une boucle fermée d'hystérésis associée à la transition entre les régimes stationnaires à 2 et 4 cellules. Pour les rapports des rayons plus petits, la boucle d'hystérésis disparait et des régimes stationnaires avec 2, 4, 6 et 8 cellules sont progressivement obtenus dans la couche à mesure que le nombre de Rayleigh augmente. Pour des nombres de Rayleigh suffisamment élevés, le déplacement judicieux du centre du cylindre interne vers le haut, afin que son centre soit au-dessus du centre du cylindre externe, diminue les pertes thermiques d'environ 10% par rapport au cas concentrique
Author: Georges Vachaud
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Languages : fr
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