Analyse thermofiabiliste de matériaux poreux céramiques à haut taux de densification

National audienceSee http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/27/90/ANNEX/r_IF8J8H1Q.pd

Thermal conductivity of porous materials

Incorporation of porosity into a monolithic material decreases the effective thermal conductivity. Porous ceramics were prepared by different methods to achieve pore volume fractions from 4 to 95%. A toolbox of analytical relations is proposed to describe the effective thermal conductivity as a function of solid phase thermal conductivity, pore thermal conductivity, and pore volume fraction (νp). For νp 0.65, the thermal conductivity of kaolin-based foams and calcium aluminate foams was well described by the Hashin Shtrikman upper bound and Russell's relation. Finally, numerical simulation on artificially generated microstructures yields accurate predictions of thermal conductivity when fine detail of the spatial distribution of the phases needs to be accounted for, as demonstrated with a bio-aggregate materia

Comportement thermomécanique d'éléments de structures composites en milieu cryogénique extrême

Cryomagnet supports of the LHC particle accelerator are manufactured in E-glass/epoxy composite materials with textile reinforcement due to their low thermal conductivity and high specific stiffness. These supports are subjected to complexes thermal and mechanical loading which require a thorough study of their response. A multi-scale method is used in this study. It is based on two successive homogenisations in order to take into account the strong thermal dependence of elastic modulus and thermal strain of the resin on the one hand and the phonons mechanism which modifies the thermal transfer at fibres/matrix interfaces for the temperatures lower than 10 K on the other hand.At each step of this study, results of the models are validated by experimental results of thermal conductivity and elastic modulus for temperatures ranging between 4.2K and 293K.En raison de leur faible conductivité thermique et de leur rigidité spécifique élevée, les matériaux composites verre-E/époxyde à renfort textile sont utilisés pour la fabrication des supports de cryodipôles de l'accélérateur de particules LHC. Ces supports sont soumis à des chargements thermique et mécanique complexes nécessitant une étude approfondie de leur réponse. La méthode d'étude proposée ici est de type multi-échelle. Elle est basée sur deux homogénéisations successives, de manière à prendre en compte la forte thermodépendance du module d'élasticité et de la déformation thermique de la résine d'une part et le mécanisme des phonons qui modifie le transfert thermique aux interfaces fibres/matrice pour les températures inférieures à 10 K d'autre part. A chaque étape de cette étude, les résultats des modèles sont validés par des résultats de mesures de conductivité thermique et de modules d'élasticité pour des températures comprises entre 4,2 K et 293 K

Comportement thermomécanique d'éléments de stuctures composites en milieu cryogénique extrême

En raison de leur faible conductivité thermique et de leur rigidité spécifique élevée, les matériaux composites verre-E/époxyde à renfort textile sont utilisés pour la fabrication des supports de cryodipôles de l'accélérateur de particules LHC. Ces supports sont soumis à des chargements thermique et mécanique complexes nécessitant une étude approfondie de leur réponse. La méthode d'étude proposée ici est de type multi-échelle. Elle est basée sur deux homogénéisations successives, de manière à prendre en compte la forte thermodépendance du module d'élasticité et de la déformation thermique de la résine d'une part et le mécanisme des phonons qui modifie le transfert thermique aux interfaces fibres/ matrice pour les températures inférieures à 10 K d'autre part. A chaque étape de cette étude, les résultats des modèles sont validés par des résultats de mesures de conductivité thermique et de modules d'élasticité pour des températures comprises entre 4,2 K et 293 KCLERMONT FD-BCIU Sci.et Tech. (630142101) / SudocCACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

Identification des conductivités thermiques de matériaux composites par la méthode des champs virtuels

International audienceIdentification of thermal conductivities of anisotropic composites requires habitually several tests. The aim of this paper is to present a numerical methodology which allows to estimate the termal conductivity matrix from only one temperature field resulting from a finite element simulation. This method, based on the virtual fields method, is applied to a static thermal problem. Depending on the material type, boundary conditions are optimized in agreement with the experimental possibilities. Some materials are analyzed by taking into account the noise of measurement in order to check the robustness of the method. In each case, thermal conductivities are identified with a high degree of accuracy.L'identification des conductivités thermiques des composites anisotropes nécessite classiquement plusieurs essais. L'objectif de ce papier est de présenter une méthodologie numérique permettant d'estimer la matrice des conductivités thermiques à partir d'un seul champ de température résultant d'une simulation par éléments finis. Cette méthode, basée sur la méthode des champs virtuels, est appliquée à un problème de thermique en régime stationnaire. En fonction du type de matériau étudié, les conditions aux limites sont optimisées tout en gardant une cohérence expérimentale. Plusieurs matériaux de référence sont analysés en prenant en compte le bruit de mesure de manière à tester la robustesse de la méthode. Dans chacun des cas, les conductivités thermiques sont identifiées avec une grande précision

Evaporation Kinetics and Breaking of a Thin Water Liquid Bridge between Two Plates of Silicon Wafer

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Evolution d’une goutte pendante : effet de la température et de l’humidité

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Elaboration de matériaux poreux géopolymères à porosité multi-échelle et contrôlée

Ce travail est basé sur l élaboration, la caractérisation, et le contrôle de la porosité d un matériau poreux à matrice géopolymérique, synthétisé à partir du mélange de métakaolin, d une solution de silicate alcaline, d hydroxyde alcalin, et de fumée de silice comme agent porogène. Ce mélange donne lieu à une mousse avec production continue de dihydrogène in-situ au sein d un gel visqueux évolutif. Le contrôle de la porosité à cette valeur élevée de pH est régi par un équilibre entre des cinétiques de réactions de polycondensation (consolidation) et de production de gaz. L influence des différents paramètres est testée par la caractérisation du réseau poreux obtenu. La conductivité thermique d échantillons homogènes est mesurée par fluxmètre et par fil chaud. Ces valeurs sont discutées à partir de l analyse de la microstructure et des différents modèles analytiques issus de la littérature. Une démarche numérique inverse est utilisée pour retrouver la valeur de conductivité thermique du squelette solide s du matériau. En effet il est difficile d obtenir un matériau pseudo-dense pour une même composition. Un calcul par éléments finis, avec une méthode d homogénéisation, est appliqué sur des Volumes Elémentaires Représentatifs construits à partir des données expérimentales. La valeur de s est alors évaluée entre 0,98 et 1,12 W.m-1.K-1. Les mousses ont des taux de porosité compris entre 65 et 85% et des valeurs de conductivités thermiques comprises entre 0,12 et 0,35 W.m-1.K-1, ce qui en fait un matériau isolant.This work is focused on the preparation, the characterization, and the control of the porosity in geopolymer foams, synthesized from the mixing of metakaolin, a alkali silicate solution, alkali hydroxide, and silica fume as the pore forming agent. This mixture results in a foam in which hydrogen gas is produced continuously in an evolutive viscous gel. The control of porosity, in consideration of the very high value of pH, requires the establishment of an equilibrium between the kinetics of polycondensation reactions (hardening) and the kinetics of gassing. The influence of different parameters is studied through the characterization of the obtained porous network. The thermal conductivity of the homogeneous samples is measured with a fluxmeter and also with a hot wire method. The values obtained are then discussed in relation to the microstructure and relevant analytical models of the literature. An inverse numerical approach is used to find the thermal conductivity value of the skeleton of the foam s. In fact, it is difficult to prepare a material with a low pore volume fraction from the same composition. A finite element calculation, coupled with a homogenization method, is applied on Representative Volume Elements constructed in relation with the experimental data. The value of s is then calculated between 0.98 and 1.12 W.m-1.K-1. The foams have pore volume fractions values between 65 and 85% corresponding to thermal conductivity values between 0.12 and 0.35 W.m-1.K-1, yielding a good material for thermal insulation.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Study of the Contact and the Evaporation Kinetics of a Thin Water Liquid Bridge between Two Hydrophobic Plates

International audienceThe evaporation of sessile water droplets on hydrophobic surfaces is a topic which led to numerous investigations. However, how does the liquid behave when the evaporation occurs between two of these particular substrates? The drying stage is governed by capillary phenomena which takes place in a confined space. In the field of material shaping, it is also possible that some regions of a green body exhibit hydrophobic properties. As part of a better understanding of the local mechanisms during drying, liquid bridges have been reproduced in an ideal case. Drying kinetics and parameters measurements from 303 to 343 K (relative humidity of 55%) of deionized water liquid bridges between two plates of hydrophobic substrates are presented. Experimental work was carried out using a specific device to create liquid bridges, coupled with image analysis within an adapted instrumented climatic chamber. While the volume and the exchange surface of liquid bridges decrease regularly throughout the process, contact angles constantly diminish and more significantly at the end. This is different from the evaporation between two hydrophilic plates. From these measurements, the change of curvature of the liquid bridges during evaporation is highlighte