Rheological study of TBAB hydrate slurries as secondary two-phase refrigerants

In the refrigeration field, the use of ice slurries (suspensions of ice) as secondary refrigerant fluids is spreading. This technology could be extended to air-conditioning systems provided that one can propose a phase-change material (PCM) with melting temperature belonging to the range +6 °C; +12 °C]. Aqueous solutions of tetra butylammonium bromide, which crystallise under atmospheric pressure and temperatures between 0 and +12 °C, into ice-like compounds (hydrates), seem to be good candidates for air-conditioning applications. We focus here on the rheological properties of TBAB hydrates suspensions and propose an experimental determination of their flow behaviour through flow rate and pressure drop measurements. In laminar regime, we observe Bingham behaviour. Apparent viscosity and yield shear stress are determined for different hydrate contents.

Résumé

Dans le domaine de la réfrigération, l'utilisation de coulis de glace en tant que fluides frigoporteurs connaît un vif intérêt. Cette technologie pourrait être étendue aux systèmes de climatisation dans la mesure où il existe un matériau dont la température de fusion est comprise dans le domaine de fonctionnement usuel des climatisations 6 °C; 12 °C]. D'un point de vue thermodynamique, l'hydrate de bromure de tetra-bultylammonium (TBAB) apparaît bien approprié pour une telle application puisqu'il est stable à pression atmosphérique et pour des températures comprises entre 0 et 12 °C. Nous nous intéressons ici aux propriétés rhéologiques de coulis d'hydrates de TBAB. Nous proposons une méthode expérimentale de l'étude de leur comportement en écoulement à travers des mesures de débits et de pressions différentielles. En écoulement laminaire, les coulis d'hydrates de TBAB présentent un comportement du type fluide de Bingham. Les dépendances de la viscosité et de la contrainte seuil avec la température, et par conséquent la teneur en cristaux d'hydrates, est mise en évidence.