Etude des transferts radiatifs aux parois dans un lit fluidisé
Application à la fluoration de l'uranium

Expérience de Yamada & Al.

Présentation de l'expérience

Yamada & Al. se sont intéressés aux transferts radiatifs entre  le lit fluidisé et sa paroi.
Pour cela, ils ont utilisé un réacteur expérimental équipé d'une fenêtre transparente qu'ils pouvaient refroidir ou réchauffer, selon l'expérience. Ils ont ainsi pu mesurer, à l'aide d'un laser et d'une caméra à thermographie infrarouge, les échanges thermiques à la paroi.
De cette manière, les échanges radiatifs ont été quantifiés et une modélisation de ces échanges a été proposée.

Apport


L'étude de ces articles va nous permettre de mettre en place un modèle pour simuler les transferts radiatifs en paroi. La simulation des expériences de Yamada & Al. , nous permettra de valider notre modèle.

Le montage expérimental

montage expérimental

Dans les trois articles publiés sur les expériences réalisées, il apparait plusieurs configurations opératoires différentes. Nous avons ainsi commencé par faire le maillage correspondant à la figure précédente, afin de mieux cerner les propriétés hydrodynamique du lit fluidisé. Ces résultats sont accessibles dans la partie maillage et hydrodynamique.


Puis nous nous sommes intéressé aux transferts de chaleur par rayonnement, également étudiés par Yamada mais avec le montage suivant:




Cinq types de particules ont été étudiées : de l'oxyde de fer ( dp = 90μm), du sable de zircon ( dp = 50 − 100μm), de l'alumine ( dp = 60μm ) et des particules de verre ( dp = 150 & 400μm). Les particules de zircon n'étant pas rondes et de taille précise, les diamètres donnés sont une distribution de taille.
Le transfert de chaleur à travers la fenêtre en céramique (d'épaisseur 2 mm) a été réalisé avec un chalumeau à l'acétylène. Le flux de chaleur qtot a été ensuite estimé grâce à deux thermocouples de type K (Chromel/Alumel) placé de part et d'autre de la fenêtre. La température du lit a elle aussi été mesurée grâce à un thermocouple de type K, et on obtient alors une expression du coefficient de transfert total htot:
htot

Cependant, nous ne pourrons pas utiliser cette méthode pour quantifier le flux de chaleur transféré. Pour estimer la part du transfert radiatif dans ces échanges de chaleur, les auteurs ont utilisé deux disques différents : l'un était recouvert d'une feuille d'or et avait une émissivité de 0,2, alors que l'autre, sans feuille d'or, avait une émissivité de 0,9 pour des longueurs d'onde de 3 à 8 μm. Les disques étant identique par ailleurs, la différence dans la quantité de chaleur transférée est donc bien imputable à la composante radiative. Pour chaque classe de particule, la vitesse minimale de fluidisation a été déterminée à la température et pression de la pièce. Cette vitesse est mesurée expérimentalement grâce à un manomètre différentiel. En effet, le passage du lit de l'état inerte à fluidisé se traduit par un saut de pression. Ces vitesses sont représentées dans le tableau ci-dessous:


Résultats


Les expériences ont été menées pour différentes vitesses de fluidisation et pour des hauteurs de lit différentes. Cela a aboutit à différents régimes de lits fluidisés : plusieurs cas de lit bouillonnants (U =2Umf, h = 70mm) et un cas très dilué. Ce dernier a été réalisé avec des particules d'alumine à une vitesse de 3Umf et une hauteur h = 10mm. Les résultats ont été reportés dans le graphique suivant. Dans le cas d'un lit bouillonnant, il apparait ainsi qu'il y a très peu de différences selon que l'on utilise le disque doré ou non. La contribution de la composante radiative dans le transfert de chaleur global est négligeable dans ce cas. Pour le cas dilué, on observe une nette différence entre les deux disques, ce qui montre l'importance du transfert radiatif lorsque le milieu est peu dense et très chaud, la température étant ici un peu plus importante que dans le cas bouillonnant.

résultats yamada



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