Transferts thermiques couplés dans les parois alvéolaires AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Laboratoires participants PHASE Université Toulouse III LETEM Université Marne –la-Vallée CETHIL INSA-Lyon LAMTI Université d’Artois – FSA Béthune L A B O R A T O I R E P H A S E AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Origine du regroupement : Etude, promotion et amélioration de produits pour le bâtiment AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Matériaux alvéolaires Milieu multifonctions (résistance mécanique, isolation thermique, acoustique,…) Rôle essentiel des alvéoles Milieu hétérogène Arrangement régulier (ou non!) des alvéoles Échelle intermédiaire (de 1 à 10 cm) Transferts couplés conducto-convecto-radiatifs AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Bibliographie Cavité différentiellement chaufée : très abondante Cavité partitionnée : abondante Cavité partitionnée avec paroi conductrice : peu abondante ou nulle Milieux à grandes alvéoles : ? AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Stationnaire : Convection naturelle ? TC TF T’C T’F E H Yin & al. Batchelor Eckert & al. Notre cas A 10 100 1000 10000 100000 Gr Conduction Transition Convection + 1 AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Méthodes d’approche Bibliographie Méthodes expérimentales Modélisation Analyse extensive des travaux sur les cavités différentiellement chauffées Méthodes expérimentales Produits industriels Modèles physiques Modélisation Modèles académiques AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Méthodes expérimentales disponibles dans les équipes AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Mesure de K par méthode boîte chaude gardée (PHASE, LAMTI) Brique à mesurer Mur d’isolant Caisson de garde TC TF 2m Conditions aux limites Stationnaires (-10 à 50°C) Régime sinusoïdal Sauts de température Mesures températures Flux AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Mesure de R par méthode plaque chaude gardée (CETHIL) Adaptation de la méthode aux milieux alvéolaires Vue du dispositif à plaque chaude gardée après mise en place des deux échantillons et de l’isolation périphérique. On voit l’une des deux plaques froides. AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Interférométrie Holographique en Temps Réel (PHASE) Métrologie non intrusive Champs de température Phénomènes 2D Similitude Laser m Sp fs1 m' Ms1 TEST CELL Q Ms2 Hl Q' Lo Lr Lp fs2 Obt AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Mesure des propriétés radiatives (CETHIL) Principe de la mesure de la réflectance hémisphérique Schéma du dispositif à sphère intégrante Principe de la mesure absolue de réflectance directionnelle-hémisphérique AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Modélisation Modèles nodaux : MATLAB, autres Codes CFD : FLUENT, FEMLAB (LETEM, CETHIL, PHASE) AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Quelques résultats AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Modèles numériques : Alvéole dans un bloc creux de béton Représentation de l’isotherme correspondant à la température de référence T0 cavité sans parois conductrices et en négligeant les échanges par rayonnement, cavité avec parois conductrices et en négligeant les échanges par rayonnement, cavité avec parois conductrices et en tenant compte des échanges par rayonnement. AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Elément à trois rangées d’alvéoles AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Commentaires Aspects tridimensionnels Influence du rayonnement sur la convection Calcul de la résistance thermique en accord avec la littérature Importance de la description des conditions aux limites Nécessité de validation avec résultats expérimentaux AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Modèles physiques Maquette en PVC démontable (échelle 1) Nombre et épaisseur des cloisons variables …. adiabatique h L e cloisons alvéoles Flux AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Commentaires Stationnaire : En cours : régime sinusoïdal établi Résistance thermique en accord avec théorie Mesure de la stratification Mise en évidence de l’apparition de la convection En cours : régime sinusoïdal établi Cloisons nombreuses : comportement pseudo conductif, modèle analytique Peu de cloisons : comportement C-C-R : pas de modèle simple AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Etude de Matériaux réels Mesure des propriétés thermo-physiques du solide Adaptation des méthodes de mesure aux parois alvéolaires Mesures sur produit entier ou partiellement découpé AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Caractérisation thermique expérimentale Propagation de signal TC TF CL tc1 tc2 tc3 tc4 tc5 tc6 tc7 tc8 tc9 T (°C) t (h) 5 10 15 20 L Thermocouples Coupe horizontale : Evolution de la température Amortissement total de la perturbation = hypothèse milieu semi infini confirmée AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Commentaires Vérification et/ou critique des méthodes d’évaluation normatives des propriétés thermiques des matériaux Appréhension quantitative de l’importance des différents modes de transferts couplés Ouverture sur les possibilités d’amélioration ou d’optimisation AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Conclusions Possibilités et limites des techniques de calcul des transferts couplés dans parois alvéolaires Corrélations pour le transport convectif Évaluation analytique des échanges radiatifs Possibilités de représentation par un milieu équivalent homogène Limites d’apparition de la convection naturelle Importance du transfert radiatif Nécessité d’analyser le couplage conducto-convecto-radiatif AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires

Projets Mettre en commun les acquis théoriques Mettre en commun les savoir faire Aborder les matériaux alvéolaires sous un angle académique ….et intéresser d’autres secteurs industriels AMETH – 9 novembre 2005 Parois alvéolaires