Description du lit

Le réacteur est toujours un parallélépipède à base rectangulaire de60×15×20cm3 de dimensions intérieures. De l’Altuglas®est a nouveau utilisé pour les mêmes raisons qu’auparavant : transparence, bonne résistance mécanique, bonne tenue en température. Sa mauvaise conductivité thermique en fait un bon isolant qui limitera les pertes thermiques par la paroi. On insère alors dans ce contenant 24 122

5.2 - Présentation du dispositif expérimental d’étude avec tubes chauffants tubes qui simuleront les tubes de refroidissement. 12 d’entre eux permettront de chauffer afin d’étudier le transfert de chaleur dans un tel milieu. Les 12 autres seront des leurres géométriques utilisés pour respecter au mieux les hypothèses de symétrie et de milieu semi-infini. On rappelle que l’objectif de cette manipulation est de comparer un champ de température mesuré avec un champ de température simulé à partir des paramètres estimés dans le chapitre 4. Cela signifie qu’il faut conserver au maximum les hypothèses du modèles ayant estimés ces paramètres (hypothèses décrites dans le chapitre 2). La disposition des tubes est représentée sur la coupe horizontale 5.9.

Un choix se pose alors sur la constitution de ces tubes : un matériau métallique et une faible épaisseur de tube limiteraient les effets capacitif des tubes sur le transfert de chaleur aux temps très courts, mais causeraient des pertes thermiques importantes aux extrémités du réacteur. La conduction de la chaleur dans le tube, aidée par une convection naturelle à l’intérieur du tube, augmenterait l’importance des phénomènes de redistribution du flux de chaleur source, déformant ainsi le signal que l’on cherche à imposer. A l’inverse, l’utilisation d’un tube plein fait en un matériau isolant limite les effets conductifs et supprime la convection naturelle interne, mais accroit les effets capacitifs : le régime stationnaire en serait grandement retardé. On choisira alors d’utiliser un matériau isolant de faible épaisseur, afin de limiter au maximum à la fois les effets conductif et capacitif. Ce tube creux sera alors rempli de laine de verre afin de bloquer toute convection naturelle. Le matériau isolant choisi est à nouveau l’Altuglas

® pour les mêmes raisons que précedemment. Ces tubes font 43 cm de long pour 12 mm de diamètre intérieur, et 16 mm de diamètre extérieur. Le lit catalytique faisant 40 cm de long environ, il reste 1.5 cm de chaque coté du lit pour les fixations des tubes dans un support.

Des résistances chauffantes pelliculaires sont disposées sur la surface des 12 tubes chauffants : elles constituent une bande chauffante de 10 cm de large disposée de façon analogue à la plaque chauffante du dispositif précédent (voir photographie 5.6. Afin d’éviter une surépaisseur à la surface des tubes causée par le dépôt de la résistance pelliculaire, les tubes ont été légèrement usinés avant le dépôt : les seuls défauts restants sur ces tubes sont donc les fils d’alimentation électrique, et les extrémités du film

(a) (b)

Etude d’un lit fixe traversé par des tubes chauffants

Fig. 5.6 – Un exemple de tube chauffant

résistif. Les fils d’alimentation de ces résistances passent à l’intérieur des tubes, mais la connection avec le film résistif déposé sur la surface extérieure est cause d’une légère surépaisseur locale. Concernant la longueur des film résistifs, il est difficile de créer des film ayant précisement 10 cm de largeur et le périmètre extérieur du tube pour longueur. Le choix a alors été donné entre un film légèrement plus large que le périmètre du tube, avec superposition des deux extrémités du film, et un film légèrement plus court qui laisse une bande non chauffante. La seconde solution a été préférée, un défaut de chauffage peut aisément être tourné dans la direction opposée à la zone de mesure, créant ainsi très peu de variation vis à vis d’un chauffage idéal. Au contraire, un recouvrement aurait crée une bande locale surchauffée, difficile à orienter pour en minimiser les effets.

On remplit ce contenant de billes en suivant une procédure de chargement légèrement différente de la procédure précédente. Les principales différences sont détaillées plus loin. Les billes utilisées sont les mêmes que pour le dispositif précédent : des billes de verre de 2 mm de diamètre, dont la composition et les caractéristiques ont été données au chapitre 3. La hauteur de ce lit est toujours de 40 cm : 10 cm pour obtenir un écoulement établi (comme il ’a été montré précedemment), 10 cm en face de la source et 20 cm en aval de la source pour étudier les transferts énergétiques. Ce lit est disposé entre 2 grilles métalliques percées de trous de 1.5 mm de diamètre. Ces trous laissent passer la phase fluide tout en retenant le lit dans une position fixe. Les grilles sont également percée de 24 trous de 16 mm de diamètre afin d’y fixer les tubes chauffants selon le schéma 5.9 ci-après.

Les tubes sont disposés en pas carré, et distants de 16 mm surface à surface, ce qui représente 8 diamètres de bille. Les différents modèles testés ont mis en évidence que pour une telle distance, les températures aux points les plus froids du domaine étudié sont toujours mesurables.

5.2 - Présentation du dispositif expérimental d’étude avec tubes chauffants On peut également calculer le diamètre hydraulique de la zone de travail :

Dh = 4(15×20−24×π×1.6²/4)/(2×20 + 2×15 + 24×π×1.6) = 5.28cm

On a toujours les critères d’écoulement piston donnés par Trambouze [Trambouze et Euzen, 2002] :

H/d = 20 < 50 et H/D = 7.58 > 0.5. Les mêmes conclusions que pour le dispositif précédent

s’imposent alors : si la forme du lit est bien choisie, les billes ont un diamètre 2.5 fois trop gros pour satisfaire le critère de l’écoulement piston. Néanmoins, il n’était expérimentalement pas possible de prendre un diamètre beaucoup plus fin, ni un lit de dimension plus important, et Trambouze précise que pour une phase fluide homogène et un bon distributeur, ces critères ne sont pas capitaux.

De plus, ce diamètre de bille permet à nouveau l’étude de cas experimentaux pour des nombres de Peclet atteignables intéressants. On rappelle qu’il est important d’éviter les phénomènes de convection naturelle dans le réacteur qui interviennent à nombre de Peclet trop faible. Cependant les vérifications de régime hydrodynamique ne seront pas effectuées dans ce dispositif : on se contentera d’acquérir les thermogrammes pour les comparer aux résultats des modèles.