| Thèse soutenue
le 16 décembre 2022
Emilie Powaga
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| Directeur
Thèse Polytech'Lab |
Mohamad Ibrahim -
François Cauneau (Mines PSL) & Pascal Biwole (Institut
Pascal) |
| Titre |
Etude
et modélisation
des processus d’humidification et de refroidissement évaporatif
par mélange d’un brouillard d’eau dans un flux d’air
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Résumé
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Une fois récoltés,
les fruits et légumes sont des
produits hautement périssables. Afin de les
conserver, ces produits sont généralement
stockés dans des enceintes réfrigérées par
convection forcée d'air froid sec. Cette technique de
refroidissement n’est pas la mieux adaptée pour le stockage et
le transport de
ces produits. Environ 45 % de la production mondiale de fruits et
légumes est
encore annuellement perdue. En plus, les techniques classiques de froid
industriel sont énergivores et source d’émission de gaz
à effet de serre. Du
fait des progrès décisifs qu’ils ont permis d’accomplir
dans le domaine de la
conservation des denrées alimentaires vivantes, les dispositifs
basés sur la
nébulisation d’eau sont prometteurs (on entend par
nébulisation, la
transformation d’un liquide
par ultrasons en nuage de gouttelettes extrêmement fines - diamètre de l’ordre du
µm). L'évaporation des
gouttelettes d'eau sur la
surface des produits réfrigérés augmente le
transfert de chaleur et réduit la
perte d'eau pendant le processus de réfrigération,
améliorant significativement
leur durée de conservation.
L'objectif de ce travail doctoral
est d’améliorer
la compréhension des mécanismes d'écoulement et
d’évaporation des gouttelettes
d’eau au sein d’une vitrine verticale ouverte afin
de disposer d’un modèle numérique d’écoulement diphasique représentant
correctement les processus
mis en jeu. Des études
expérimentales et numériques du couplage d’un dispositif
de nébulisation à une
vitrine verticale ouverte ont été menées pour
répondre à ces objectifs.
Les études
expérimentales ont permis d’évaluer
l’influence de différents paramètres d’intégration
du dispositif de
nébulisation et des caractéristiques de la vitrine sur la
répartition spatiale
du brouillard dans l’enceinte, mais aussi de caractériser les
écoulements au
sein de la vitrine, via la mise en œuvre d’une technique originale de
mesure
d’écoulement d’air reposant sur de l’analyse numérique
d’image, en présence ou
non de fruits et légumes. Un modèle numérique
diphasique a été développé pour
prédire le transport et l’évaporation d’un nuage de
gouttelettes nébulisées
dans un flux d’air turbulent, en régime stationnaire. La
résolution numérique
de la turbulence de l’écoulement diphasique a été
approchée par un modèle de turbulence
statistique à bas nombre de Reynolds. Un travail
conséquent a été réalisé pour
définir un terme source massique entre les fruits et
légumes et leur
environnement, en fonction des caractéristiques
intrinsèque du produit et des
conditions thermo-hydriques de l’environnement. Les résultats
expérimentaux ont
servi à qualifier le modèle numérique diphasique
développé dans le cadre de
cette étude doctorale. |
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