PILOTAGE DE LA LIBÉRATION DE CHALEUR ET ...
Document type :
Thèse
Title :
PILOTAGE DE LA LIBÉRATION DE CHALEUR ET ÉTUDE DU VIEILLISSEMENT DE MATÉRIAUX À CHANGEMENT DE PHASE
English title :
MONITORING OF THE RELEASE OF HEAT AND AGING STUDY OF PHASE CHANGE MATERIALS
Author(s) :
Beaupere, Noé [Auteur]
Laboratoire Génie Civil et Géo-Environnement [Béthune] [LGCgE]
Département des Technologies des Nouveaux Matériaux (Ex Département des Technologies des NanoMatériaux) [DTNM ]
Laboratoire Génie Civil et Géo-Environnement [Béthune] [LGCgE]
Département des Technologies des Nouveaux Matériaux (Ex Département des Technologies des NanoMatériaux) [DTNM ]
Thesis director(s) :
Laurent Zalewski
Defence date :
2019-11-07
Jury president :
Fabienne Espitalier [Président]
Jean-Pierre Bédécarrats
Dominic Groulx
Marie Duquesne
Fabrice Bentivoglio
Ulrich Soupremanien
Laurent Zalewski
Jean-Pierre Bédécarrats
Dominic Groulx
Marie Duquesne
Fabrice Bentivoglio
Ulrich Soupremanien
Laurent Zalewski
Jury member(s) :
Fabienne Espitalier [Président]
Jean-Pierre Bédécarrats
Dominic Groulx
Marie Duquesne
Fabrice Bentivoglio
Ulrich Soupremanien
Laurent Zalewski
Jean-Pierre Bédécarrats
Dominic Groulx
Marie Duquesne
Fabrice Bentivoglio
Ulrich Soupremanien
Laurent Zalewski
Accredited body :
Université d'Artois
Doctoral school :
EDSPI - Sciences Pour l'Ingénieur
Keyword(s) :
stockage de chaleur latente
matériaux à changement de phase
surfusion
cristallisation assistée par ultrasons
vieillissement par ségrégation
matériaux à changement de phase
surfusion
cristallisation assistée par ultrasons
vieillissement par ségrégation
English keyword(s) :
latent heat thermal energy storage
phase-change materials
supercooling
ultrasonicassisted crystallization
ageing by segregation
phase-change materials
supercooling
ultrasonicassisted crystallization
ageing by segregation
HAL domain(s) :
Sciences de l'ingénieur [physics]
French abstract :
Le stockage par chaleur latente à l’aide de matériaux à changement de phase (MCP) est une technique largement connue pour conserver l’énergie solaire thermodynamique (stockage à grande échelle). Des systèmes de stockage ...
Show more >Le stockage par chaleur latente à l’aide de matériaux à changement de phase (MCP) est une technique largement connue pour conserver l’énergie solaire thermodynamique (stockage à grande échelle). Des systèmes de stockage sont aussi en cours de développement à des échelles intermédiaires. Certains MCP peuvent présenter un large degré de surfusion, où le matériau reste liquide en dessous de son point de fusion. Cette surfusion est généralement perçue comme un obstacle au développement d’applications car la température devra être diminuée bien au-delà du point de fonctionnement visé pour aboutir à la cristallisation. Cependant, elle pourrait devenir un avantage si un moyen efficace était développé pour déclencher une libération de chaleur à la demande par une cristallisation répétable. L’acétate de sodium trihydraté (AST, CH3COONa.3H2O) a tout d’abord été sélectionné parmi différents MCP. Celui-ci fond à 58 °C et possède une chaleur latente de 240 J.g-1. Celle-ci peut évoluer au cours des cycles à cause de la dissociation entre l’acétate de sodium anhydre et l’eau. Une diminution de sa valeur de 10 % après 70 cycles a été mesurée, sans que la méthode d’ajout d’eau n’ait permis de l’atténuer. Son degré de surfusion dépend du volume, et peut atteindre environ 100 °C pour une masse de 20 mg. Un banc expérimental original a ensuite été développé qui intègre une sonde à ultrasons externe pour déclencher la cristallisation à la demande. Il permet également d’étudier certains paramètres ayant un impact sur le taux de nucléation, comme la masse de l’échantillon (entre 3 et 30 g), le degré de surfusion ou l’énergie fournie par ultrasons. Une cristallisation répétable a ainsi été obtenue dès la génération des ultrasons selon des conditions spécifiques.Show less >
Show more >Le stockage par chaleur latente à l’aide de matériaux à changement de phase (MCP) est une technique largement connue pour conserver l’énergie solaire thermodynamique (stockage à grande échelle). Des systèmes de stockage sont aussi en cours de développement à des échelles intermédiaires. Certains MCP peuvent présenter un large degré de surfusion, où le matériau reste liquide en dessous de son point de fusion. Cette surfusion est généralement perçue comme un obstacle au développement d’applications car la température devra être diminuée bien au-delà du point de fonctionnement visé pour aboutir à la cristallisation. Cependant, elle pourrait devenir un avantage si un moyen efficace était développé pour déclencher une libération de chaleur à la demande par une cristallisation répétable. L’acétate de sodium trihydraté (AST, CH3COONa.3H2O) a tout d’abord été sélectionné parmi différents MCP. Celui-ci fond à 58 °C et possède une chaleur latente de 240 J.g-1. Celle-ci peut évoluer au cours des cycles à cause de la dissociation entre l’acétate de sodium anhydre et l’eau. Une diminution de sa valeur de 10 % après 70 cycles a été mesurée, sans que la méthode d’ajout d’eau n’ait permis de l’atténuer. Son degré de surfusion dépend du volume, et peut atteindre environ 100 °C pour une masse de 20 mg. Un banc expérimental original a ensuite été développé qui intègre une sonde à ultrasons externe pour déclencher la cristallisation à la demande. Il permet également d’étudier certains paramètres ayant un impact sur le taux de nucléation, comme la masse de l’échantillon (entre 3 et 30 g), le degré de surfusion ou l’énergie fournie par ultrasons. Une cristallisation répétable a ainsi été obtenue dès la génération des ultrasons selon des conditions spécifiques.Show less >
English abstract : [en]
Thermal energy storage with phase change materials (PCMs) is a well-known technique to store solar thermal energy (large scale storage applications). The development of thermal storage is also growing at intermediate scales. ...
Show more >Thermal energy storage with phase change materials (PCMs) is a well-known technique to store solar thermal energy (large scale storage applications). The development of thermal storage is also growing at intermediate scales. Some PCMs can exhibit a large supercooling degree, as the material remain liquid below its melting point. This supercooling degree can be seen as a limitation to the use of PCMs in applications, because a value below the required application temperature needs to be reached. However, it would be turned into a benefit if a reliable way of crystallization triggering was developed for heat on-demand applications. Sodium Acetate Trihydrate (SAT, CH3COONa.3H2O) was first selected from a large range of PCMs. This material melts at 58 °C and its initial latent heat, around 240 J.g-1, can change throughout cycles because of the dissociation between anhydrous sodium acetate and water. A decrease of 10 % of this latent heat was measured after 70 cycles, however it could not be limited by the used method of the extra-water addition. Its supercooling degree is volume-dependent and can reach approximately 100 °C at 20 mg. The main goal of this work was the supercooling reduction, thanks to the development of an original experimental bench with an external ultrasonic transducer as triggering technique. This bench allows for variation of several parameters that can affect the nucleation rate, such as sample mass (between 3 and 30 g), supercooling degree or energy provided by ultrasounds. Thanks to this variation, a reliable crystallization was observed from the beginning of ultrasonic irradiations, under specific conditions.Show less >
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Language :
Français
Comment :
Stockage de chaleur
Source :
Files
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