Etude des échanges convectifs au cours d’un séchage combiné

Après la caractérisation des échanges diffusifs ayant lieu au sein des boues au cours d’un séchage conductif, l’évaluation des conductances de transferts convectifs de chaleur et de masse à la surface des boues est abordée. Des corrélations pour la prévision des coefficients d’échange sont établies à partir des résultats expérimentaux. Le concept de soufflage d’air par fentes linéaires sur la largeur de la serre est proposé comme moyen d’améliorer les conditions aérauliques dans une serre de séchage. Des essais réalisés sur une installation expérimentale ont permis de valider ce choix. Le chapitre 2 a traité les phénomènes diffusifs ayant lieu au sein des boues au cours d’un séchage conductif. L’approche expérimentale adoptée a montré que le taux évaporatoire est piloté par la siccité des boues, leur porosité ainsi que la fréquence de retournement appliquée. Le chauffage de la face inférieure du lit de boues crée un gradient de pression de vapeur partielle, qui, à son tour, induit le mouvement de la vapeur d’eau piégée à l’intérieur de la structure poreuse vers la surface. Ayant atteint la surface des boues, cette vapeur d’eau est évacuée par convection avec l’air en circulation dans la serre. La quantité d’eau évaporée en surface ainsi que l’efficacité du séchage dépendent donc de l’intensité des échanges convectifs de chaleur et de masse qui varient en fonction du régime d’écoulement, du débit d’air soufflé et de l’état de l’interface boues-air. La modélisation mathématique de tout procédé de séchage nécessite l’analyse des phénomènes de transferts convectifs de chaleur et de masse ayant lieu à l’interface de séchage.

La compréhension de l’interaction existant entre l’écoulement externe et la surface de séchage est essentielle pour concevoir et améliorer le procédé de séchage étudié. La détermination des coefficients de transfert demande à ce que les équations régissant l’écoulement d’air soient résolues. Ceci n’est possible qu’en appliquant des méthodes de résolution numériques. Cette démarche est consommatrice en temps de calcul et complexe à mettre en place, notamment dans le cas des boues dont l’état de surface est géométriquement inconnu et varie énormément au cours du séchage. Pour des raisons pratiques, l’analogie entre le transfert de masse et de chaleur basée sur la théorie classique de la couche limite est appliquée.

Les résultats obtenus semblaient satisfaisants pour le cas de surfaces saturées en eau. Quant aux surfaces non saturées, cette théorie est corrigée par des coefficients de correction dépendant uniquement du produit à sécher. Au cours du séchage, la texture du matériau évolue, notamment par l’apparition de crevasses et de fissures, ce qui se traduit par un changement de la surface du matériau et par conséquence, une évolution des coefficients d’échange avec l’environnement immédiat. L’objectif de ce chapitre est de déterminer, à partir d’un dispositif expérimental, les coefficients de transfert de chaleur et de masse et de suivre leurs évolutions au cours d’un séchage convectif. L’effet du débit de ventilation sur les performances du séchage est étudié. Des corrélations pour la prévision des coefficients d’échange sont élaborées à partir des résultats expérimentaux. Les résultats de l’étude expérimentale montrent l’importance des conditions d’air en surface des boues et de la maîtrise de l’aéraulique dans une serre de séchage. La deuxième partie de ce chapitre porte sur la conception de l’aéraulique. Le nouveau dispositif est testé et validé sur une serre expérimentale.

Définition des coefficients de transfert de chaleur et de masse

Les phénomènes de transferts de chaleur et de masse par convection constituent la base de toute modélisation mathématique d’un procédé de séchage. Ces phénomènes peuvent être étudiés à l’échelle du matériau seul et dans des conditions bien contrôlées de laboratoire ou dans des conditions de mise en œuvre industrielle dans des séchoirs de types très variés où les conditions de températures, humidités, vitesses sont très variables en temps et en espace. Toute tentative de conception et d’amélioration d’un séchoir nécessite une compréhension préalable des échanges existants entre l’agent sécheur et la surface du produit à sécher. Les échanges entre l’air balayant la serre et les boues humides sont caractérisés par un transfert couplé de chaleur et de masse. Le transfert de chaleur sensible est dû à l’écart de température entre l’air et la surface des boues humides.