Etude rhéologique et thermique d'une boucle de réfrigération secondaire par coulis d'hydrates

14e édition du congrès de la Société française du génie des procédés, Lyon, FRA, 08-/10/2013 - 10/10/2013International audienceLes fluides réfrigérants classiques sont néfastes pour l'environnement en raison de leur potentiel de réchauffement global (GWP), c'est pourquoi leur utilisation doit être réduite. L'une des solutions est d'employer des fluides frigoporteurs diphasiques, comme les coulis d'hydrates, pour transporter le froid. Le travail réalisé a pour objectif d'étudier les propriétés rhéologiques et thermiques des coulis de CO2. Le dispositif expérimental est constitué d'une boucle pilote permettant la circulation des fluides. Les hydrates sont formés par refroidissement à des températures de l'ordre de 275 K et des pressions allant jusqu'à 3 MPa. Les coefficients d'échange thermique locaux et moyens du coulis ont également été évalués par l'utilisation d'un tube chauffant. La rhéologie a montré que le coulis présentait un comportement de type rhéofluidifiant pour des fractions d'hydrates en volume allant jusqu'à 22 %. L'étude thermique a quant à elle montré que le coulis présentait des coefficients d'échange locaux de l'ordre de 2900 W.m-2.K-1 pour une fraction en hydrates de 19 %, ce qui est supérieur à l'eau et légèrement plus élevé que le coulis de glace. Ainsi, ces résultats permettent de mettre en évidence les bonnes capacités du coulis d'hydrates à stocker, à véhiculer et à restituer l'énergie emmagasinée

Etude expérimentale et modélisation thermodynamique d'un procédé de stockage de froid par coulis d'hydrates

National audienceDans ce papier nous présentons en première approche les résultats d'un bilan énergétique sous forme intégrale effectué sur un générateur/stockeur de coulis d'hydrates de CO2. Ce travail s'inscrit dans uneétude globale visant à évaluer la performance énergétique et exergétique d'un système de réfrigération secondaire composé de ce réacteur et d'une boucle de distribution. Un modèle de fraction solide en hydrate, basé sur un bilan de matière sur le CO2, a été utilisé afin decaractériser la teneur en cristaux du coulis. Une fonction empirique de formation des hydrates de CO2 dans le réacteur a été déterminée. Ceci permet d’évaluer l'énergie totale stockée durant la formation et la stabilisation des hydrates en fonction de la gamme de fraction solide allant de 0 à 22 vol%. Nous montrons que le stockage d'énergie s'effectue en deux temps : un premier temps sous forme sensible et un second temps sous forme sensible et latent. La quantité stockée augmente évidemment avec la quantité d'hydrates formée. Le rendement énergétique de formation des hydrates de CO2 a été déterminé sur la même plage de fraction solide d'hydrates, 0 à 22 vol%. Ce rendement est faible, inférieur à 15 %, car le générateur pilote n'était pas destiné à un travail d'optimisation énergétique. Cependant cette étape de modélisation est essentielle puisqu’elle permettra de poser les bases d’un modèle prédictif nécessaire au développement d’un procédé de réfrigération secondaire à base de coulis d’hydrates

Etude des transferts thermiques d'un coulis d'hydrate de CO2 dans une boucle pilote de réfrigération secondaire

Congrès français de thermique, Gerardmer, FRA, 28-/05/2013 - 31/05/2013National audienceL'objectif de ce travail est de présenter les premiers résultats de transfert thermique au sein d'une boucle pilote de réfrigération permettant l'utilisation d'un fluide frigoporteur diphasique le coulis d'hydrates de CO2. Afin de caractériser leurs conditions d'échange thermique, un dispositif dynamique constitué d'un tube chauffant a été conçu et mis au point pour étudier les coefficients d'échange locaux. La méthode de mesure, validée sur l'eau, a permis d'obtenir des coefficients d'échange locaux de l'ordre de 2800 Wm-2K-1 pour une concentration volumique en hydrates de 18 %. Ces résultats sont du même ordre de grandeur que ceux obtenus avec les coulis de glace

Propriétés rhéologiques des coulis d'hydrates de CO2 produits en réacteur agité et boucle de réfrigération secondaire

International audienceThe aim of this paper is to present the rheological properties of CO2 hydrate slurry for a use as secondary fluids in refrigeration systems. A set-up composed of a stirred tank reactor and a circulation loop was used to study CO2 hydrate slurry formation and flowing. Rheological properties of CO2 hydrate slurries circulating in the loop were determined by the capillary viscometer method. The results show a shear thinning behaviour of the CO2 hydrate slurries for a solid fraction up to 22%. This behaviour is correlated by an Ostwald-de-Waele empirical equation, which takes into account the hydrate fraction of the slurry. The apparent viscosity of CO2 hydrate slurry was estimated from the model and a good agreement was found with the experimental data. A comparison with literature shows the importance of using a stirred reactor for slurry homogenisation, which allows the decrease of the apparent viscosity of the slurry

Etude thermique d'une boucle de réfrigération secondaire par coulis d'hydrates

National audienceHydrates are fine solid particles capable of transporting large quantities of energy when they are circulating as slurry. The objective of this paper is to present the first results of thermal study on an experimental loop equipped with a heating tube. The measuring method was first validated on water and allowed to show that hydrates slurries have heat exchange coefficients of the order of 3000 W.m-2.K-1 for volume solid fractions close to 20 %. These results show that their use in refrigerating plants would be a main advantage for the improvement of the energy performances in the refrigeration field.Les hydrates sont de fines particules solides capables de transporter de grandes quantités d'énergie lorsqu'ils sont mis en circulation sous forme de coulis. L'objectif de ce papier est de présenter les premiers résultats de thermique issus d'un montage expérimental constitué d'une boucle pilote et d'un tube chauffant. La méthode de mesure utilisée a d'abord été validée pour de l'eau et a permis de montrer que ces coulis d'hydrates possèdent des coefficients d'échange thermique élevés de l'ordre de 3000 W.m-2.K-1 pour des fractions solides proches de 20 % en volume. Ces résultats montrent que leur utilisation dans les installations frigorifiques serait un atout majeur pour l'amélioration des performances énergétiques dans le domaine du froid

Etude énergétique des coulis d'hydrates de CO2 dans un réacteur de formation

International audienceThe work performed at Irstea investigates the use of CO2 hydrates slurries as phase change materials. A tank with a pilot loop is used to form slurries by subcooling. Several studies (thermal, rheological) were carried out to evaluate slurries characteristics useful for a complete energy study of the system. The aim of this paper is to present the modelling of a device for hydrate slurries formation including a tank reactor and a loop. Finite volume method with implicit time discretization scheme is used. This model allows predicting the slurry temperature evolution; it is validated by experimental data on a hydrate formation during a cooling process. The energy balance is performed to evaluate the storage efficiency and the heat losses through the reactor wall

Etude thermique d'une boucle de réfrigération secondaire par coulis d'hydrates

National audienceLes hydrates sont de fines particules solides capables de transporter de grandes quantités d'énergie lorsqu'ils sont mis en circulation sous forme de coulis. L'objectif de ce papier est de présenter les premiers résultats de thermique issus d'un montage expérimental constitué d'une boucle pilote et d'un tube chauffant. La méthode de mesure utilisée a d'abord été validée pour de l'eau et a permis de montrer que ces coulis d'hydrates possèdent des coefficients d'échange thermique élevés de l'ordre de 3000 W.m-2.K-1 pour des fractions solides proches de 20 % en volume. Ces résultats montrent que leur utilisation dans les installations frigorifiques serait un atout majeur pour l'amélioration des performances énergétiques dans le domaine du froid

Etude expérimentale des coefficients d'échange thermique des coulis d'hydrates de CO2 dans une boucle de réfrigération secondaire

International audienceConventional refrigerant fluids can be harmful to the environment due to their strong GWP. One of the solutions to reduce their impact could be the use of secondary refrigerant fluids, such as hydrate slurry in refrigeration devices. Gas hydrates are solid structures able to trap gas molecules and have a high dissociation enthalpy so that they can store and transport huge quantities of cold energy. The aim of the present work is to determine the thermal behavior of CO2 hydrate slurry based on a heating tube method. A secondary refrigeration loop composed of a tank in which the slurry is formed by subcooling and a loop with a heating tube has been used to determine convective heat transfer coefficients. The results have been obtained for CO2 hydrate slurries with solid fractions between 0 and 14 vol.%. In this range of solid fractions, convective heat transfer coefficients of hydrate slurries are nearly 2.5 times greater than that of liquid water

Impact de la pression sur la comportement dynamique des coulis d'hydrates de CO2 pendant le processus de stockage

International audienceTwo-phase fluids are considered as high-performance fluids for secondary refrigeration thanks to high energy density of phase change material (PCM). Nevertheless, one limitation in such system is thermal energy storage dynamic, in particular PCM charging/discharging rate, which depends generally on fluid temperature and flow rate. In the present work, the influence of pressure on the charging/discharging processes of gas hydrates has been studied experimentally using a stirred tank reactor. A model of stirred tank reactor was also developed and validated. The results showed that pressure can be used to adjust gas-hydrate phase-change temperature and consequently to improve charging/discharging time. For the same working conditions (temperature, flow rate, charging time…), the amount of stored energy using gas hydrates at 3 MPa is two times higher than that using water. The model was used to compare gas hydrates slurries to other slurries at ambient pressure

Improvement of CO2 hydrate formation and flow using chemical additives in a slurry loop and a stirred reactor: applications to refrigeration and CO2 capture.

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