Brief overview on Local Thermal Non-Equilibrium modeling of heat and mass transfer in open porous materials
Résumé
The process of flow and heat transfer in porous media has been extensively investigated and studied numerically due to many important applications such as geothermal engineering, chemical reactors, hydrogeology, heat pipes, solid matrix heat exchangers, and building thermal insulation. In the classical theory of porous media, a local thermal equilibrium between the fluid phase and the solid phase is assumed, the fluid and solid temperatures reach an equilibrium temperature value rapidly. However, there is a problem of using a local thermal equilibrium in porous media, because the rate of heat transfer between the fluid and solid may not be fast enough to achieve a local thermal equilibrium (LTE) due to their thermal diffusion properties. Therefore, this paper will present the importance of using Local thermal Non-Equilibrium (LTNE) modeling in heat and moisture transfer in porous media. The present review of the literature shows that currently there exists wealth information gained by the various LTNE analyses, we conclude that LTNE is more precise than LTE to study the interface thermal convection through porous media. Although we found that, there is still lack of information on hygrothermal non-equilibrium especially within bio-based insulation materials. In this case, it is important to analyze a substantial increase in heat-removal capability inside bio-based insulation material more particularly for high solid-to-fluid thermal conductivity ratio.
Le processus de transfert de chaleur dans les milieux poreux a été largement étudié numériquement en raison de nombreuses applications importantes telles que la géothermie, les réacteurs chimiques, l'hydrogéologie, les caloducs, les échangeurs thermiques à matrice solide et l'isolation thermique des bâtiments. Dans la théorie classique des milieux poreux, on suppose un équilibre thermique local entre la phase fluide et la phase solide, les températures du fluide et du solide atteignant rapidement une valeur de température d'équilibre. Cependant, l'équilibre thermique local dans les milieux poreux pose un problème, car la vitesse de transfert de chaleur entre le fluide et le solide risque de ne pas être assez rapide pour atteindre un équilibre thermique local (LTE) en raison de leurs propriétés de diffusion thermique. Par conséquent, cet article présentera l'importance de l'utilisation de la modélisation LTNE pour le transfert de chaleur et d'humidité dans les milieux poreux. La présente revue de la littérature montre que la modélisation LTNE apporte plus de richesse et finesse dans l'analyses des transferts thermiques dans les milieux poreux. Nous concluons que cette dernière est plus précise que le LTE pour étudier la convection thermique à l'interface à travers un milieu poreux. Malgré cela, nous avons constaté qu'il subsiste encore un manque de développement sur le non-equilibre hygrothermique, en particulier avec les matériaux isolants biosourcé. Dans ce cas, il est important d'analyser l'augmentation substantielle de la capacité de dissipation de la chaleur à l'intérieur des matériaux, en particulier pour les matériaux à haut rapport de conductivité thermique solid-fluide.
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