Performances énergétiques des coulis d'hydrates dans une boucle pilote de réfrigération secondaire

Abstract

Pour être utilisé en réfrigération secondaire comme matériau à changement de phase dans un fluide frigoporteur, un hydrate doit posséder une enthalpie de dissociation élevée, à une température adaptée à l application (positive pour de la climatisation) et à une pression acceptable pour une installation industrielle. De plus, le mélange diphasique doit présenter de bonnes conditions d écoulement et d échanges thermiques. Un dispositif dynamique constitué d'un réacteur agité et d'une boucle de circulation, placé dans une chambre climatique, a été développé pour l étude de coulis d hydrates de dioxyde de carbone. Pour ce dispositif, un protocole a été mis en œuvre pour le refroidissement d une solution chargée en CO2, générant des coulis d'hydrate à taux d hydrate allant jusqu'à 25% véhiculant une chaleur latente importante (374 kJ.kg-1). Une étude cinétique sur la formation des hydrates de CO2 dans le réacteur agité à été réalisé et montre que la cinétique de formation de ces hydrates est de 2 %.h-1 dans le réacteur pour une pression, une température, et une vitesse d'agitation de départ de 3 MPa, 12 C et 1042 tr/min et pour une température de consigne du groupe froid de -1 C. L étude rhéologique du coulis a permis de mettre en place une corrélation empirique de type Herschel-Bulkley en fonction du taux d hydrates qui permet une caractérisation satisfaisante du comportement rhéologique du fluide. Les résultats de l étude thermique ont permis d établir des corrélations entre les nombres de Nusselt et de Reynolds qui caractérisent les régimes de fonctionnement thermique du système.To be used as phase change material in a secondary refrigerant, a hydrate must enclose a high dissociation enthalpy, at a temperature adapted to the application (positive for air-conditioning) and a pressure suitable for an industrial facility. Moreover, the two-phase mixture must present good conditions of flowing and heat exchange. A dynamical set-up with a stirred tank reactor with a loop of circulation, placed in a thermostated room, was developed for the study of carbon-dioxide-hydrate slurries. In this set-up, one protocol was carried out: by cooling of a water-CO2 solution, generating slurries hydrate rates 25 %, conveying a high latent heat (374 kJ.kg-1). A study of CO2 hydrate formation kinetics was lead in the tank reactor and the results showed the CO2 hydrate formation kinetics is 2 %.h-1 for a pressure, temperature and a stirring rate at the begin of 3 MPa, 12C and 1042rpm and a temperature of the chiller about -1C. A study rheological allows the development of an empirical Herschel-Bulkley-type correlation as a function of the hydrate rate was achieved for rheological characterization of the fluid behavior. The thermal results obtained allow establishing correlation as a function of Nusselt and Reynolds number which characterize operational regimes of the system thermal.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocVILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF