Modelling heat and mass transfer in bread baking with mechanical deformation

International audienceIn this paper, the thermo-hydric behaviour of bread during baking is studied. A numerical model has been developed with Comsol Multiphysics© software. The model takes into account the heat and mass transfers in the bread and the phenomenon of swelling. This model predicts the evolution of temperature, moisture, gas pressure and deformation in French “baguette” during baking. Local deformation is included in equations using solid phase conservation and, global deformation is calculated using a viscous mechanic model. Boundary conditions are specified with the sole temperature model and vapour pressure estimation of the oven during baking. The model results are compared with experimental data for a classic baking. Then, the model is analysed according to physical properties of bread and solicitations for a better understanding of the interactions between different mechanisms within the porous matrix

Synthesis of titanium dioxide precursor by the hydrolysis of titanium oxychloride solution

[EN] This communication focuses on the development of an approach to improve the synthesis of [Ti8O12(H2O)24]Cl8.HCl.7H2O crystals which is one of the precursor for titanium dioxide TiO2 particles. This study provides a significant improvement in crystallization kinetics with a production rate increased by a factor nineteen by intensifying heat and mass transfers compared to the process in a close vessel. This enhancement was made possible by the development of a new reactor to control the heat and mass transfers involved. In parallel with the experimental set-up, a numerical model representative of the transfer phenomena was initiated. The first numerical results are encouraging and present a good agreement with the measurements.The authors acknowledge financial support from the French Agence Nationale de la Recherche (ANR) under reference ANR-12-EMMA-0023 (Nano-OxTi project).Le Bideau, P.; Richard-Plouet, M.; Glouannec, P.; Magueresse, A.; Iya-Sou, D.; Brohan, L. (2018). Synthesis of titanium dioxide precursor by the hydrolysis of titanium oxychloride solution. En IDS 2018. 21st International Drying Symposium Proceedings. Editorial Universitat Politècnica de València. 1333-1340. https://doi.org/10.4995/IDS2018.2018.75811333134

Propriétés physiques de bétons de chanvre

International audienceLe béton de chanvre est un biomatériau composite léger obtenu en mélangeant un liant à base de chaux hydraulique et aérienne, des particules végétales et de l'eau. Ce matériau n'est pas porteur ce qui conduit à l'utiliser principalement en matériau de remplissage associé à une ossature bois, trois procédés de mise en œuvre étant possible. Dans cette étude, différentes formulations utilisées pour le montage de paroi sont étudiées. La mise en œuvre est faite par trois procédés. Une relation de type loi-puissance est mise en évidence entre la résistance à la compression et la densité apparente. Des mesures de la conductivité thermique en fonction de la masse volumique et de la teneur en eau permettent de définir la capacité d'isolation des matériaux. La caractérisation hydrique qui repose sur les capacités de stockage et de transfert d'humidité des matériaux est réalisée par la détermination des isothermes de sorption-désorption et de la perméabilité à la vapeur

Etude du comportement thermique d'un batiment en regime instationnaire : modelisation et experimentation in-situ

SIGLECNRS T Bordereau / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

On the importance of desiccant during the determination of water vapor permeability of permeable insulation material

Water vapor permeability of building materials is usually measured using dry cup test according to the ISO 12572 standard. For this test, suitable adsorbing desiccant should be used to provide stable low vapor pressure conditions within the cup and, thus, to ensure the good accuracy of the measurement. In this work, different adsorbing desiccants mentioned in the ISO 12572 standard are tested for measurements performed on wood fiber insulation. For each experiment, relative humidity is monitored inside the dry cup. The results indicate that 0 %RH is not reached inside the dry cup and boundary condition is not always stable for highly permeable construction materials, depending on the adsorbing desiccants. The impact of these observation is evaluated on the determination of water vapor diffusion resistance factor and compared to other sources of uncertainties

Optimal Operating Conditions of Microwave−Convective Drying of a Porous Medium

International audienc

Études expérimentales et simulation numérique d'un procédé thermique de séchage (application au traitement des boues)

Dans une logique de valorisation globale des ressources, les boues issues des stations d épuration urbaines, des activités industrielles et de l agriculture sont en grande partie traitées via des filières de valorisation. Dans la majorité des cas les processus de valorisation imposent en amont une réduction significative de la quantité d eau présente dans les boues. Dans les filières de traitement il existe donc généralement une première phase de séchage mécanique avant un séchage thermique qui doit permettre d atteindre une siccité de 80%. Le niveau de déshydratation étant directement lié à l énergie apportée aux produits il est nécessaire de développer un procédé de séchage à grande efficacité énergétique. L objectif de cette thèse concerne le développement et la validation d un outil numérique complet de dimensionnement d un séchoir couplé à une pompe à chaleur. La mise en place d une installation pilote au sein du LIMATB a permis d établir les cinétiques de séchage de plaques de boue soumises à des apports de chaleur de type convectif et conductif. L analyse et la comparaison des résultats expérimentaux permettent d observer l influence des paramètres opératoires (température, humidité et vitesse de l air, température de contact) sur le temps de séchage et la déformation du produit. Une modélisation 1D des transferts couplés de chaleur et de masse est validée par diverses expérimentations. La prise en compte d un coefficient de diffusion effectif, intégrant l effet des crevasses, s est avérée pertinente pour accéder aux évolutions des champs de température et de teneur en eau dans le produit. De nouveaux scenarii de séchage avec conditions d air variable, et retournement du produit sont simulés. Ce modèle produit a ensuite été combiné à un modèle global de séchoir-tunnel multizone. Celui-ci intègre la circulation de la boue dans le séchoir et l évolution des caractéristiques de l air lors de son passage dans chaque zone. Des simulations permettent la prédiction en régime dynamique du taux de siccité du produit en fonction de conditions thermo-aérauliques fixées. En parallèle, un module de calcul complémentaire a été mise en œuvre pour effectuer le dimensionnement d une pompe à chaleur.Within an approach of wastes global valorization, sludge generated by municipal, industrial and agricultural wastewater treatment plants is mostly re-used in valorization processes. In most of the cases, these recycling processes first make it necessary to reduce significantly the water content in upstream sludge. Generally, the first step of this type of process is a mechanical dewatering phase followed by a thermal drying phase in order to reach a dry content of 80%. As dehydration is directly linked to the amount of energy brought to the product, it is necessary to develop a high energy efficient drying process. This thesis focuses on developing and validating a complete numerical tool for designing a heat pump assisted sludge dryer. The experimental setup within the LIMATB lead to the establishment of the drying kinetics of sludge plates submitted to convective and conductive heat intakes. Thanks to the analysis and the comparison of experimental data, the impact of operating parameters (air temperature, humidity and velocity, contact temperature) on the drying time and the product deformation can be observed. A coupled heat and mass transfer 1D model is validated by various experiments. The taking into account of an effective diffusion coefficient, which integrates the influence of cracks, has been proven relevant to access to the evolutions of temperature and water content gradients in the product. New drying scenarios with variable air conditions and product flipping have been simulated. Then, this model has then been combined to a global multizone tunnel dryer model. It integrates the circulation of sludge in the dryer and the evolution of air characteristics as it goes through each zone. Simulations permit to predict the dry content as a function of the air conditions in dynamic regime. Meanwhile, an additional computing module has been developed with a view to designing the heat pump system.LORIENT-BU (561212106) / SudocSudocFranceF

Estimation de la distribution énergétique induite par un faisceau d'électrons dans un matériau métallique (application au cas du soudage d'un acier)

Ce travail concerne le soudage de matériaux métallique par faisceau d électrons. L objectif est l évaluation par des techniques inverses de l apport d énergie (terme source) dans la zone liquide. Le problème thermo-métallurgique direct est traité en non linéaire suivant deux approches 2D complémentaires suivant un plan longitudinal et un plan transversal. Les transformations métallurgiques sont modélisées à partir du diagramme TRC. L estimation du terme source s appuie sur des mesures relevées en bord de zone fondue. Les paramètres d une source gaussienne sont estimés par la méthode de Levenberg Marquardt. Puis dans le cas d une source a priori non définie, la méthode de régularisation itérative est utilisée. Une manipulation performante est ensuite développée. Les résultats d estimation obtenus à partir des mesures expérimentales montrent la pertinence des développements théoriques et permet de valider des formes de la distribution énergétique du terme source.This work is concerned with thermal study of the electron beam welding for steel. The objective is to evaluate the energy distribution (source term) in the liquid zone by an inverse approach. The direct thermo-metallurgic problem is treated as non linear in two 2D supplementary approaches : a longitudinal section and a transversal section. The metallurgic transformations are modelled through CCT diagrams. The estimation of source term is based on the measurements form the edge of the fused zone. The parameters of a gaussian source are estimated by the Levenberg Marquardt method. Then in the case of a non defined source, the iterative regularization method is used. A fine experimental work is developed afterward. The results obtained through the experimental measurements present the relevance of the theoretic developments and allow validating the shape of the energy distribution of source term.LORIENT-BU (561212106) / SudocSudocFranceF

Optimal operating conditions of microwave-convective drying of a porous medium

International audienc

Étude du comportement thermohydrique de matériaux "chanvre-chaux" lors de la phase de séchage (estimation par technique inverse des propriétés hydriques)

Les travaux développés dans cette thèse ont porté sur l étude des mécanismes de transfert de chaleur et de masse au sein de matériaux chanvre-chaux . L objectif était d élaborer et de valider un modèle prédictif du comportement thermohydrique de ces matériaux au jeune âge (phase de séchage) en ayant recours aux techniques inverses pour l estimation de propriétés difficilement mesurables. Des études expérimentales ont été effectuées afin de déterminer les propriétés thermo-physiques des matériaux nécessaires à la simulation. Les cinétiques de séchage ont été établies dans le cas du séchage convectif sur une face. L enregistrement automatique des mesures a permis de disposer des évolutions au cours du temps de la masse, des températures et des conditions réelles subies par les échantillons. En parallèle à ces études expérimentales, un modèle permettant de décrire le comportement de ces produits lors du séchage convectif a été développé. Les coefficients de transfert hydrique ont été estimés à partir de cinétiques de séchage convectif obtenues expérimentalement. La méthode inverse utilisée est basée sur l'algorithme SQP (Programmation Quadratique Successive), elle a permis d'identifier les propriétés hydriques des liant et des mélanges chanvre/chaux dans différentes conditions et de mettre en évidence les améliorations à apporterThe works developed in this thesis are focused on the mechanisms of heat and mass transfer in "hemp-lime" materials. The objective was to develop and validate a predictive model of thermo-hydrous behaviour of these materials at early age (drying phase) and use inverse techniques for estimating properties which are difficult to measure. Experimental studies were conducted to determine the thermo-physical properties of materials required for the simulation. The drying kinetics were also established in the case of one side convective drying. The automatic registration of the measurements has allowed obtaining the evolution with time of the mass, temperature and the conditions experienced by the samples. In parallel to these experimental studies, a mathematical model to describe the behaviour of these products during convective drying has been developed and moisture transfer coefficients were estimated by inverse method from convective drying kinetics obtained experimentally. This inverse method based on the SQP algorithm (successive quadratic programming), is allowed to identify the hydrous properties of binder and "hemp-lime" mixture under different conditions and highlight areas for improvement.LORIENT-BU (561212106) / SudocSudocFranceF