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Transfert thermique et écoulement au sein d'un conteneur isotherme avec matériau à changement de phase pour le transport de produits alimentaires : approches expérimentales et de modélisation.

Heat transfer and airflow in an insulated box with phase change material for food transport : experimental and modelling approaches.

Auteurs : LEUNGTONGKUM T.

Type de monographie : Thèse

Résumé

Les caissons isothermes équipées d'un matériau à changement de phase (PCM Phase Change Material) jouent un rôle important dans le transport des aliments en raison de leur faible coût et de leur flexibilité. Cependant, le maintien d'une température adéquate est complexe en raison de la variabilité des conditions de fonctionnement, ce qui peut entraîner une dégradation du produit. Une approche empirique est principalement utilisée dans la pratique pour choisir le caisson et le PCM pour des conditions spécifiques. Ainsi, des modèles physiques permettant de prédire l'évolution de la température des aliments pour de larges gammes de conditions de transport sont nécessaires. Le développement de tels modèles nécessite la compréhension des transferts de chaleur et des écoulements d'air.En ce qui concerne l'étude bibliographique, plusieurs travaux ont considéré uniquement la conduction thermique dans l'air à l'intérieur de la caisse, certains travaux récents ont pris en compte la convection naturelle. A notre connaissance, aucune étude n'a inclus le rayonnement entre le produit et les surfaces de paroi et de PCM. De nombreuses études fondamentales concernent tous les modes de transfert de chaleur dans des cavités vides, elles imposent souvent deux températures de paroi différentes tandis que les autres parois sont adiabatiques. Certaines incluent la présence d'un objet solide ou d'un milieu poreux. Ces travaux ne peuvent pas être appliqués au transport alimentaire en caisson isotherme avec PCM.Ainsi, ce travail de doctorat vise à développer des méthodologies expérimentale et numérique pour étudier les transferts de chaleur et les écoulements d'air dans cet équipement.Dans un premier temps, deux types de mesures ont été entreprises : la température par thermocouples et la vitesse d'air par vélocimétrie par images de particules. Dans ces études, les caissons isothermes (45 litres) avaient un coefficient de transmission thermique de 0,9 W‧m-2‧K-1, le PCM était de la glace (point de fusion ~ 0°C, 3,5 kg) et le produit test était de la Tylose (16 kg) dont les propriétés thermo-physiques sont proches de celles de la viande. Les paramètres étudiés étaient : i) conditions de chargement (vide, chargé de polystyrène extrudé et chargé de produit test), ii) position du PCM (sur une paroi latérale et en haut), iii) forme géométrique de la boîte (hauteur/longueur ≈ 1 et 1,7), iv) température ambiante (10°C à 30°C), v) température initiale du produit (4°C et 10°C) et vi) espacement sous le produit (pas d'espace et 20 mm). Les résultats ont montré l'importance de la convection naturelle dans le caisson. Le PCM doit être placé en haut d'un caisson de faible rapport d'aspect (hauteur/longueur). Il faut éviter de charger des produits chauds. La quantité requise de PCM peut être estimée en fonction de la température ambiante.Dans un second temps, trois modèles numériques ont été développés: a) le modèle global prédit la température moyenne du produit mais ne peut pas identifier les positions les plus chaudes/froides, b) le modèle zonal prend en compte les différents transferts de chaleur et l'écoulement d'air, il différencie les régions les plus chaudes et les plus froides et c) le modèle CFD décrit en détail les champs de température et de vitesse d'air, mais a recours à des ressources de calcul importantes. Ces modèles ont été validé en comparant avec les données expérimentales et ont montré un bon accord. Enfin, cette thèse montre comment utiliser ces modèles pour répondre à plusieurs questions pratiques telles que l'effet de la conception des caissons et des conditions de fonctionnement.

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Format PDF

Pages : 300 p.

Disponible

Gratuit

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Détails

  • Titre original : Heat transfer and airflow in an insulated box with phase change material for food transport : experimental and modelling approaches.
  • Identifiant de la fiche : 30032290
  • Langues : Anglais
  • Sujet : Technologie
  • Édition : Université paris saclay - Antony - France
  • Date d'édition : 24/10/2023

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