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Theses Year : 2022

Multiscale study of the formation of diphasic cold vector slurries for secondary refrigeration

Etude multi-échelles de la formation de coulis frigoporteurs diphasiques pour la réfrigération secondaire

Nada Chami
  • Function : Author
  • PersonId : 1321289
  • IdRef : 267156227

Abstract

With 20% of electricity consumption worldwidel, refrigeration and air conditioning (RAC) industry is one of the most energy-intensive sector. Among the solutions to reduce RAC carbon footprint, it is possible to implement environment-friendly fluids in indirect refrigeration systems which roled is to carry thermal energy from the cold production machine (containing primary refrigerant) to the places of use. indirect refrigeration systems using secondary refrigerants thus greatly reduces primary refrigerant amount (by about a factor of 10). Currently, the use of phase change materials (PCM) in indirect refrigeration systems (to form PCM slurry) is an innovative design in development. They improve the process by increasing the energy density of the fluid. Currently, the use of phase change materials (PCMs) in secondary refrigeration systems (to form a PCM slurry) is an innovative design in full development.This study focused on a secondary refrigeration process based on the use of gas hydrate slurry as MCP. Mixed gas hydrates, which are formed with water and CO2 and cyclopentane (CP) are studied in this work. The first experiments focused on the study of four-phase equilibria (CO2, liquid water, liquid cyclopentane and hydrate). The presence of cyclopentane as a promoter to the formation of mixed CP + CO2 hydrates allows the formation of hydrates at low pressure and moderate temperature. A second study of the flow conditions of the cyclopentane hydrate slurry and the CP + CO2 mixed hydrate slurry is performed in a dynamic circulation loop at different cyclopentane fractions ranging from 3 wt% to 15 wt%. The rheological parameters (viscosity, flow behavior...) related to these two types of slurries are compared. The rheological study allowed to highlight the shear-thinning behavior of the hydrate slurry for differents cyclopentane fractions. In addition, the rheological behavior of the mixed CP + CO2 hydrate slurry showed an evolution in time. The first results of the thermal characterization at a heating tube complete this work.
Avec 20% de la consommation d’électricité mondiale, l’industrie de la réfrigération et de la climatisation est l’un des secteurs les plus consommateurs d’énergie. Parmi les solutions pour réduire l’empreinte carbone dans le domaine du froid et climatisation, il est possible de mettre en œuvre des fluides neutres vis-à-vis de l’environnement dans des systèmes de réfrigération secondaire dont le rôle sera de transporter l’énergie depuis le lieu de production (contenant le réfrigérant primaire) vers les lieux d’utilisation. Actuellement l’utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) dans les systèmes de réfrigération secondaire (pour former un coulis de MCP) est une conception innovante en plein développement.Cette étude concerne un procédé de réfrigération secondaire reposant sur l’emploi de coulis d’hydrates de gaz comme FFD. Les hydrates mixtes de gaz, qui se forment à partir d’eau et du CO2 et du cyclopentane (CP) sont étudiés dans ce travail. Les premières expériences se sont focalisées sur l’étude des équilibres quadri phasiques (CO2, eau liquide, cyclopentane liquide et hydrate). La présence du cyclopentane comme promoteur à la formation des hydrates mixtes CP + CO2 permet la formation des hydrates à basse pression et température modérée. Une deuxième étude des conditions d’écoulements du coulis d’hydrates de cyclopentane et du coulis d’hydrates mixtes CP + CO2 est réalisée dans une boucle de circulation dynamique pour différentes concentrations en cyclopentane alllant de 3wt% à 15wt%. Les paramètres rhéologiques (viscosité, comportement d’écoulement…) relatifs à ces deux types de coulis sont comparés. L’étude rhéologique a permis de mettre en évidence le comportement rhéofluidifiant du coulis d’hydrates pour des concentrations en cyclopentane. En outre, le comportement rhéologique du coulis d’hydrates mixtes CP + CO2 a montré une évolution dans le temps. Les premiers résultats de la caractérisation thermique au niveau d’un tube chauffant complètent ce travail.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04329711 , version 1 (07-12-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04329711 , version 1

Cite

Nada Chami. Etude multi-échelles de la formation de coulis frigoporteurs diphasiques pour la réfrigération secondaire. Génie des procédés. Institut Polytechnique de Paris, 2022. Français. ⟨NNT : 2022IPPAE014⟩. ⟨tel-04329711⟩
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