Experimental study of the thermal and rheological behaviour of paraffin-in-water emulsions used as a secondary refrigerants

Une emulsion a changement de phase (PCME: phase-change material emulsion) est un fluide consistant en une emulsion d'un materiau a changement de phase (PCM, phase change material), comme de la paraffine, disperse dans un fluide porteur (phase continue), souvent de l'eau ou une solution acqueuse de surfactant. Les PCME peuvent etre envisages comme fluides a haute performance thermique (frigoporteurs ou caloporteurs) en raison de leur potentiel de transport de chaleur latente (cristallisation ou fusion du PCM). Cette these presente des resultats experimentaux concernant le comportement thermo-rheologique des differentes versions de PCME (emulsions de paraffine dans differentes solutions acqueuses de surfactant, avec une concentration massique en paraffine egale a 30 %) sur une plage de temperature de 0 - 20 °C. Les proprietes thermophysiques des emulsions ont ete determinees. Ensuite, une etude experimentale du transfert de chaleur par convection forcee laminaire a ete effectuee. Le coefficient de transfert de chaleur convectif de l'emulsion pendant le refroidissement a ete determine dans une configuration experimentale proche de celle pouvant etre rencontree dans des echangeurs thermiques a plaques. La configuration se compose principalement de deux canaux rectangulaires (80 x 6 mm²) de longueurs egale a 1 m. Des correlations utiles pour evaluer les coefficients d'echange thermique (locaux ou globaux) ont ete etablies entre les nombres de Nusselt, de Reynolds et de Prandtl. Un banc d'essais specifique a egalement ete utilise pour analyser le comportement rheologique des PCME. Des essais ont ete effectues a l'aide d'un viscosimetre a differentes temperatures. La stabilite des emulsions a ete examinee sous diverses charges thermomecaniques. Les experiences ont revele un comportement rheofluidisant. L'ensemble de ces resultats montre que les PCME sont des candidats prometteurs pour les applications a la climatisation.