Thèse Année : 2023

Surface characterization to generate ice slurries

Caractérisation des surfaces pour la génération de coulis de glace

Résumé

In the refrigeration industry, refrigerant fluids are considered as greenhouse gases with a high environmental footprint. Secondary refrigeration is one way of reducing their use, notably through the use of two-phase fluids incorporating phase-change materials (PCMs), such as ice slurries. Scraped-surface ice slurry generators are the most common. However, they have drawbacks such as high maintenance costs and energy consumption associated with the use of scraping blades to detach the ice from the generator surface. In this context, the aim of this thesis is to propose methods to facilitate ice detachment without the use of scraping blades, with a view to developing new, more economical ice slurry generators. The phenomena of crystallization, adhesion and detachment of ice produced from an aqueous solution on different cold surfaces are studied under different conditions. To this end, the thesis focuses on the influence of surface condition, wettability, aqueous mixture type, and flow rate on these phenomena. The work is conducted through a combination of experiments using visualization tools and modeling, including the development of models for the growth and detachment of ice layers on various surfaces using liquid jets. The main results show, among other things, a decorrelation between the superhydrophobic and icephobic character of surfaces, but also a correlation between ice detachment phenomena and surface condition (roughness).

Dans l'industrie de la réfrigération, les fluides frigorigènes sont considérés comme des gaz à effet de serre ayant une forte empreinte environnementale. La réfrigération secondaire est un moyen de réduire leur utilisation, notamment par l'utilisation de fluides diphasiques incorporant des matériaux à changement de phase (MCP), tels que les coulis de glace. Les générateurs de coulis de glace à surface raclée sont les plus courants. Cependant, ils présentent des inconvénients tels que des coûts de maintenance et une consommation d'énergie élevés liés à l'utilisation de lames de raclage pour détacher la glace de la surface des générateurs. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de proposer des méthodes permettant de faciliter le détachement de la glace sans utiliser de lames de raclage, en vue de développer de nouveaux générateurs de coulis de glace plus économes. Les phénomènes de cristallisation, d'adhésion et de détachement de la glace produite à partir d'une solution aqueuse sur différentes surfaces froides sont étudiés dans différentes conditions. A cette fin, la thèse se concentre sur l'influence de l'état de la surface, de la mouillabilité, du type de mélange aqueux et de la vitesse d'écoulement sur ces phénomènes. Le travail est réalisé à la fois par des expériences utilisant des outils de visualisation et par modélisation, incluant le développement de modèles pour la croissance et le détachement des couches de glace sur différentes surfaces en utilisant des jets liquides. Les principaux résultats montrent, entre autres, une décorrélation entre le caractère superhydrophobe et glaciophobe des surfaces, mais aussi une corrélation entre les phénomènes de détachement de la glace et l'état de la surface.

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  • HAL Id : tel-04575472 , version 1

Citer

Walid Samah. Caractérisation des surfaces pour la génération de coulis de glace. Thermique [physics.class-ph]. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPAST176⟩. ⟨tel-04575472⟩
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