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Principe de détermination des paramètres thermophysiques
L’exploitation des résultats de mesure permet d’obtenir le graphe de la température expérimentale avec les différents échantillons (polystyrène et kapok) en fonction du temps de chauffage. Ainsi le tracé du logarithme de la température dans l’échantillon nous donne une droite de pente b1 dont la détermination permet de calculer les caractéristiques thermophysiques des matériaux étudiés. ω 2 µ 2 (III-1)
i1 i1 b1 = + .α
e 2 a 2
A partir de cette relation, on e n déduit l’expression de la diffusivité thermique des deux échantillons sachant que ωi1 et µi1 sont respectivement égaux à 1.077 et 3.146 α = b1 (III-2)
ω 2 µ 2i1 + i1
2 2e aLa conductivité thermique de l’échantillon est donnée par la relation :
λ = α.ρ.C (III-3)L’effusivité thermique est donnée par :
E = λ.ρ.C (III-4)Ainsi l’échauffement de l’eau dans le cylindre intérieur entraîne la diffusion de la chaleur au niveau de l’échantillon. Ce qui va nous permettre d’obtenir des thermogrammes en différents points des matériaux étudiés. Nous allons nous intéresser au champ de température dans le polystyrène.
Champ de température dans le polystyrène
Le polystyrène est un polymère vinylique. Structurellement, c’est une longue chaîne d’hydrocarbones, avec un groupe phényle attaché sur certains atomes de carbone. Le polystyrène est fabriqué par polymérisation radicalaire, à partir du monomère styrène. Dans cette courbe, on constate que la température réduite augmente au fil du temps jusqu’à environ 3.3 puis se stabilise à un temps t=14mn. Donc nous pouvons en conclure que le régime permanent est atteint à partir de ce temps. L’évolution du logarithme naturel de la température réduite sur la face intérieure en fonction du temps en régime transitoire est présentée sur la figure 3.3.
Remarque : Comme la valeur de la chaleur massique du kapok n’est pas donnée dans la littérature, nous supposons qu’elle est approximativement égale à la valeur de la chaleur massique du coton.
Conclusion
A l’issue des résultats expérimentaux obtenus, nous pouvons dégager certaines conclusions. Les valeurs de la conductivité du polystyrène et du kapok sont voisines et sont en accord avec celles trouvées dans la littérature. La faible conductivité du kapok s’explique par le fait que le milieu renferme de nombreuses cavités emplies d’air. Son pouvoir isolant est dû à l’air enfermé dans ses cellules. Le kapok est un excellent isolant thermique écologique. Mémoire de DEA présenté par Cheikh Tidiane SARR, FST- UCAD
Conclusion Générale
Ce travail a ét é principalement axé sur la caractérisation des paramètres thermophysiques qui sont la détermination de la diffusivité thermique α et la conductivité thermique λ du polystyrène et du kapok. De manière générale, nous avons constaté qu’il nous faut connaître un certain nombre champ thermique mettant en jeu les techniques de résolution de l’équation de la chaleur en coordonnées cartésiennes et en coordonnées cylindriques. Pour chacun de ces p rocédés, l’objectif a été d’obtenir la température réduite d’une plaque infinie et la température réduite d’un cylindre infini. Cette démarche est complémentaire des études plus systématiques visant à déterminer la diffusivité thermique des deux échantillons étudiés. Ces procédés ont été appliqués avec succès pour calculer la conductivité thermique dont les résultats sont à l’état de l’art. Ces résultats n’ont pu être obtenus que progressivement, en traçant au fur et à mesure l’évolution logarithmique de la température réduite en six(6) points en fonction temps de chauffage.
La méthode de caractérisation des paramètres thermophysiques a été complétée par une étude expérimentale. Il nous semble en effet que ce t ype d’applications soit le prolongement direct des études fondamentales de la température réduite du c ylindre creux court, dans un régime transitoire. Pour le système, il e st impératif de tracer l’évolution logarithmique de la température réduite mesurée. Compte tenu du s ujet, le calcul de la conductivité thermique du kapok s e révèle peu complexe. La raison essentielle est la non existence de la va leur de la chaleur massique thermique du ka pok. Pour contourner cette difficulté, nous avons pris celle du coton qui a une constitution biologique semblable à celle du kapok. Les résultats obtenus montrent que le kapok est un excellent isolant et ne présente aucun dégagement toxique même s’il n’est pas traité. Il peut constituer un outil pour la construction des séchoirs du fait de son adaptation en fonction du climat, des orientations. Le travail expérimental sur le polystyrène et le kapok ne nous semble pas limité au régime transitoire. Par l’analyse des thermogrammes obtenus expérimentaux, on c onstate que la conductivité thermique de ces échantillons peut être déterminée. Une idée particulièrement attrayante ou stimulante est d’étendre l’expérience acquise dans d’autres matériaux locaux (sciure de bois, fibre de noix de coco…). Un certain nombre de réalisations viennent d’être publiées par des chercheurs des autres universités africaines qui présentent les études faite sur les matériaux typiquement africain.
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : ETUDE SUR LES METHODES DE DETERMINATION DES PROPRIETES THERMOPHYSIQUES
I-1 Introduction
I-2 Généralités
I-2-1 Loi de FOURIER [1]
I-2-2 Equation de la chaleur
I-3 Méthode de mesure des caractéristiques thermophysiques en régime transitoire
I-3-1 Méthodes Flash
I-3-1-1 Dispositif classique
I-3-1-1-1 Conditions expérimentales non idéales
I-3-1-1-2 Les méthodes d’estimation
I-3-1-2 Dispositif de mesure sur des milieux non consolidés
I-3-2 Méthode du fil à chaud
I-3-3 Méthode du régime régulier
I-3-4 Méthode rapide de mesure des caractéristiques thermophysiques (brevet)
I-3–5 Méthode des Boîtes
I-4 Conclusion
Chapitre II : METHODE DE CARACTERISATION DES ISOLANTS THERMIQUE CYLINDRIQUE PAR PHENOMENE TRANSITOIRE
II-1 Introduction
II-2 Champ thermique en régime variable dans une plaque infinie
II-2-1 Application du théorème de DUHAMEL
II-2-2 Etude de la plaque infinie en régime transitoire
II-2-2-1 Détermination des coefficients n a
II-2-2-2 Détermination de (0) in T
II-3 Champ thermique en régime transitoire dans un cylindre creux infini
II-2-1 Application du théorème de DUHAMEL
II-2-2 Etude du cylindre infinie en régime transitoire
II-4 Champ thermique en régime transitoire dans un cylindre creux court
II-6 Conclusion
CHAPITRE III : ETUDE EXPERIMENTALE
III-1 INTRODUCTION
III-2 Principe de la mesure
III-3-1 Champ de température dans le polystyrène
III-3-2 Champ de température dans le kapok
III-4 Caractéristiques thermophysiques du polystyrène et du kapok
III-5 Conclusion
Conclusion Générale
ANNEXE
