An NTU- model for alternative refrigerants

This paper presents a steady state simulation model to predict the performance of alternative refrigerants in vapour compression refrigeration/heat pump systems. The model is based on the NTU- method in analysing the heat exchangers following an elemental approach. The model extends its applicability to new refrigerants including hydrocarbons and uses a large database of REFPROP package for refrigerant properties. The main inputs to the model include the physical details of the heat exchangers, compressor efficiency, mass flow rates of heat transfer fluids and their inlet temperatures to the evaporator and the condenser, the pressure drops across the heat exchangers and the capacity of either the evaporator or condenser (in kW). The model results are validated with a wide range of experimental data of HCFC22 and propane (HC290) on a heat pump test facility for a number of parameters, e.g. coefficient of performance, condenser capacity, mass flow rate of the refrigerant and compressor discharge temperature. Although the model is currently tested for pure refrigerants using compact brazed plate (counter flow type) heat exchangers, it can also be applied to mixture of refrigerants as well as to other types of heat exchangers.

Résumé

Dans cet article, on présente un modèle de simulation de régime permanent pour prédire la performance des frigorigènes de remplacement dans les systèmes frigorifiques ou les pompes à chaleur à compression de vapeur. Fondé sur la méthode NTU- utilisée pour analyser les échangeurs de chaleur, ce modèle emploie une approche élémentaire. Ce modèle étend la méthode aux nouveaux frigorigènes, y compris deees hydrocarbures, et utilise une base de données étendue, celle de REFPROP, pour les propriétés des frigorigènes. Les principaux paramètres du modèle comprennent des détails physiques sur les échangeurs de chaleur, le rendement des compresseurs, et les débits massiques des fluides de transfert de chaleur et leurs températures à l'entrée de l'évaporateur ou du condenseur, la chute de pression à travers les échangeurs de chaleur et la puissance soit de l'évaporateur, soit du condenseur (exprimés en kW). Les résultats obtensus en utilisant ce modèle sont validés pour une large gamme de données expérimentales obtenus avec le HCFC22 et avec le propane (le HC290) sur un banc d'essai de pompe à chaleur et pour un certain nombre de paramètres, par exemple le coefficient de performance, la puissance du compresseur, le débit massique du frigorigène et la température du frigorigène à la sortie du compresseur. En ce moment, le comportement des frigorigènes purs utilisés dans des échangeurs de chaleur compacts à plaques brasées (de type contre-courant) est en train d'être étudié; le modèle peut également être appliqué aux mélanges de frigorigènes et à d'autres types d'échangeurs de chaleur.     

Performance of a packed bed absorber for aqua ammonia absorption refrigeration systemPerformance d''un matelas dispersant dans un système frigorifique à absorption à ammoniac/eau

A mathematical model of a packed bed absorber for aqua-ammonia absorption refrigeration system is presented. The model is used to predict the performance of the bed at various design and operating conditions. The governing equations and the boundary conditions are derived to predict the bed performance. A numerical integral method and an iteration scheme are used to solve the governing one dimensional, non-linear simultaneous differential equations which are subjected to three point boundary value problem. A computer program is prepared and carefully debugged to solve the governing equations with the help of some supporting equations to describe the properties of the working fluids and the heat and mass transfer coefficients in the bed. The analysis show that the absorption process is affected by the following parameters: the volumetric heat rejection model, bed height, vapor and solution flow rates to the bed and the inlet conditions; and packing material type. The effect of changing each of those parameters on the performance of the bed is studied after suggesting a model for the volumetric heat rejection from the bed. The results showed that changing the bed pressure and/or the vapor inlet temperature have negligible effect on the performance of the bed. Changing other parameters are found to affect the performance of the bed by different degrees. Also, the results show that within the present range of parameters, a bed height less than 0.7 m guarantees an absorption efficiency better than 91%.

Résumé

On présente un modèle mathématique d'un matelas dispersant dans un système frigorifique à absorption à ammoniac/eau. On utilise ce modèle pour prévoir la performance du matelas utilisant diverses conceptions et sous diverses conditions de fonctionnement. On établit des équations qui décrivent ce processus et les conditions limites afin de prévoir la performance du matelas. On utilise une méthode numérique intégrale et un schéma d'itération afin de résoudre les équations unidimensionnelles, non-linéaires, simultanées et différentielles, qui sont soumises au problème des limites à trois points. Un programme informatique est préparé et débogué afin de résoudre les équations qui gouvernent le processus étudié, avec l'aide de quelques équations supplémentaires qui décrivent les caractéristiques des fluides actifs et les coefficients de transmission thermique et de transfert d'énergie massique du matelas. L'analyse montre que le processus d'absorption est influencé par des paramètres suivants: le modèle de rejet de chaleur volumétrique, la hauteur du matelas, les débits d'écoulement de la vapeur et de la solution vers le matelas, les conditions d'entrée et le matériau dispersant utilisé. On étudie également l'influence de la variation de chacun de ces paramètres sur la performance du matelas apres avoir proposé un modèle de rejet de chaleur volumétrique par le matelas. Les résultats montrent que si on change la pression dans le matelas et/ou la température de la vapeur à l'arrivée, de tels changements ont un effet negligeable sur le matelas. Suite au changement d'autres paramètres, la performance du matelas a été modifée de diverses façons. Les résultats montrent également qu'avec les paramètres adoptés ici, une hauteur du matelas inférieure à 0,7 m assure un taux d'absorption supérieur à 91%.     

Transfert de chaleur par convection naturelle dans une couche poreuse limitée par deux cylindres coaxiaux horizontaux

Natural convection in a porous medium is studied for the geometrical configuration defined by two concentric horizontal cylinders with isothermal and impermeable surfaces, representing a cylinder or a pipe insulated by a layer of porous material. Two methods of investigation are used to approach the phenomenon: experiments on a cell of large aspect ratio (cylinder length to outside diameter), and a numerical model on a two-dimensional plane area. The experimental results reveal three different regimes according to the value of the Rayleigh number. For a finite radial gradient, thermoconvective phenomena develop in the annular layer, but as long as these are not amplified too much, the isotherms remain practically concentric with the cylinders, and heat transfer occurs essentially through conduction. At higher Rayleigh numbers natural convection develops in the form of two-dimensional counter-rotational vortices which are symmetrical with respect to a vertical plane containing the axis common to both cylinders. The third regime, observed at higher Rayleigh numbers, corresponds to a fluctuating evolution of the temperature field which becomes three-dimensional. As the inside cylinder is warmer, instabilities occur in the upper part of the model causing some periodicity of the temperature distribution along a generatrix, with a period of about the radius difference. A relative increase in the heat transfer between the cylinders due to the instabilities is observed. A two-dimensional numerical model, using the method of finite differences, enables us to describe the first two regimes observed experimentally, and to define the temperature field and the streamlines for a given Rayleigh number. The total heat transfer calculated is represented by a correlation between the Nusselt and the rayleigh numbers for many values of the ratio of the radii.The different results are then compared and analysed from a physical point of view.

Résumé

La convection naturelle en milieu poreux est étudiée pour une configuration géométrique définie par deux cylindres concentriques horizontaux à surfaces isothermes et imperméables, modélisant un cylindre ou un tube calorifugé à l'aide d'un matériau poreux. Afin d'appréhender le phénomène, deux moyens d'investigation sont employés: expériences sur une cellule de grande extension (longuer des cylindres/diamètre extérieur) et modélisation numérique sur un domaine bidimensionnel plan.Les résultats expérimentaux font apparaître trois régimes différents suivant la valeur du nombre de Rayleigh; pour un gradient radial non nul les phénomènes thermoconvectifs s'organisent dans la couche annulaire mais tant que ceux-ci ne sont pas trop amplifiés les isothermes restent quasiment concentriques aux cylindres et le transfert de chaleur s'effectue surtout par conduction. Pour des nombres de Rayleigh plus élevés, la convection naturelle se développe sous forme de deux tourbillons contrarotatifs bidimensionnels symétriques par rapport au plan vertical contenant l'axe commun aux deux cylindres. Le troisième régime, observé pour des nombres de Rayleigh plus importants, correspond à une évolution fluctuante du champ de température qui devient en même temps tridimensionnel; le cylindre intérieur étant le plus chaud, les instabilités apparaissent dans la partie supérieure du modèle ce qui crée une certaine périodicité de la distribution de température le long d'une génératrice, la période étant de l'ordre de grandeur de la différence des rayons. Le transfert de chaleur global entre les deux cylindres subit une augmentation relative due aux instabilités. Un modèle numérique bidimensionnel utilisant la méthode des différences finies permet de retrouver les deux premiers régimes observés expérimentalement et de définir le champ de température et les lignes de courant pour un nombre de Rayleigh donné; le transfert de chaleur global calculé est représenté par une corrélation entre le nombre de Nusselt et le nombre de Rayleigh pour plusieurs valeurs du rapport des rayons.Les différents résultats sont ensuite comparés et analysés d'un point de vue physique.     

Modeling the performance of two-bed, sillica gel-water adsorption chillersModélisation de la performance des refroidisseurs à deux lits à adsorption utilisant le gel de silice/eau

This article presents a transient model for a two-bed, silica gel-water adsorption chiller. Compared with our previous cyclic-steady-state model, we found very good agreement between our model prediction and experimental data. We found that, regardless of the initial mass distribution, the chiller was able to achieve the same cyclic-steady-state within four cycles or 1800 s. We also demonstrated that the manufacturer had empirically evolved to select a fixed switching and cycle time such that the best peak evaporator temperature suppression, and near maximum cooling capacity can be achieved by a compact design.

Abstract

Cette communication présente un modèle transitoire d'un refroidisseur à deux lits à adsorption au gel de silice/eau. Les auteurs ont comparé ce système avec un modèle précédent : un modèle cyclique à régime permanent. Il existe une bonne concordance entre nos prévisions at les données expérimentales. Les auteurs ont trouvé que, quelque soit la distribution massique initiale, le refroidisseur peut atteindre l'état de régime permanent cyclique au bont de 4 cycles ou 1800 s. Les auteurs ont montré que le fabricant a opté pour une durée de cycle fixe et un temps de cycle calculé pour obtenir le meilleur effacement des pics de température de l'évaporateur. Le refroidissement est quasi-optimal dans un modèle de conception compacte.     

A general dynamic simulation model for evaporators and condensers in refrigeration. Part II: simulation and control of an evaporator

A mathematical model of an evaporator based on one-dimensional partial differential equations representing mass conservation, and tube wall energy has been formulated. These equations are then restructured and linked to a program data base of all major refrigerants and refrigerant mixtures. The result is a simulation model of an evaporator that is general and flexible. The model is tested over a wide range of operating conditions and a simple controller is implemented to demonstrate the effectiveness of the model for controller and systems design.

Résumé

On a établi un modèle mathématique d'un évaporateur basé sur des équations aux dérivés partielles unidimensionnelles qui représentent la conservation de masse et l'énergie de la paroi du tube. Ces équations ont été restructurées ensuite, puis reliées à une base de données sur les principaux frigorigènes purs et en mélanges. De cette manière, on obtient un modèle d'évaporateur d'application générale et souple. Ce modèle a été éprouvé dans des conditions de fonctionnement très variées et on a employé un système de régulation simple pour montrer l'efficacité du modèle pour la conception et la régulation des systèmes.     

Performance characteristics correlation for round tube and plate finned heat exchangers: Equations relatives aux performances d'échangeurs de chaleur constitués de tubes ronds et de plaques à ailettes

A number of correlation equations describing the performance characteristics of round tube and plate fin have been published in the open literature. However, many of these correlations are restricted to flat finned heat exchangers and a limited number of geometrical configurations. In this study, 28 heat exchanger samples were tested in an open circuit thermal wind tunnel over a velocity range of 1 to 20 m/s for a number of geometries. The geometrical variations include the number of tube rows, fin thickness and the spacing between fins, rows and tubes. Both flat and corrugated fins were tested and the results were correlated in terms of j and f factors as a function of Reynolds number and the geometrical parameters of the heat exchangers. An important feature of this correlation is the novel way in which the geometric parameters are expressed in the correlation. Ratios of these parameters are derived from consideration of the physics of the flow and heat transfer in the heat exchangers. This results in a more accurate and physically meaningful correlation which can be applied to a broader range of geometries. The correlation was validated against test data in the literature for round tube and plate fin with good agreement. It was found that the fin type affects the heat transfer and friction factor, and that the number of tube rows has a negligible effect on the friction factor. The number of tube rows effect was found to be influenced by the fin and tube geometries as well as the Reynolds number.Un certain nombre d'équations pour des caractéristiques du rendement des échangeurs de chaleur à tubes ronds plaques à ailettes ont été publiés dans le littérature. Cependant, dans bien des cas, ces corrélations se limitent aux échangeurs à ailette plate dans un nombre limité de configurations géométriques. Dans cette étude, 28 échangeurs de chaleur ont été testés utilisant une soufflerie à circuit ouvert avec une vitesse d'air de 1 à 20 m/s pour plusieurs formes géométriques. Les variations géométriques portaient sur le nombre de rangées de tubes, l'épaisseur des ailettes et la distance séparant des ailettes, des rangées et des tubes. Les ailettes plates et ondulées ont été testées et les corrélations en termes de facteurs j et f en fonction du nombre de Reynolds et les paramètres géométriques des échangeurs de chaleur. Un aspect important de cette corrélation est le façon originale d'exprimer des paramètres géométriques. Les rapports de ces paramètres sont obtenus à partir des flux et transferts de chaleur dans des échangeurs de chaleur. Ce procedé permet d'obtenir une corrélation plus précise et utilé qui s'applique à une gamme de formes géomátriques plus large. La corrélation a été validée en fonction des données concernant des échangeurs à tube et à plaque à ailettes dans la littérature: les données expérimentales et théoriques concordent bien. On a montré que le type d'ailette exerce une influence sur le transfert de chaleur et le facteur de frottement. Cependant, le nombre de rangées de tubes a un effet negligeable sur le coéfficient de frottement. On a démontré que l'effet nombre de rangées de tube est influencé par les géométries des ailettes et des tubes ainsi que par le nombre de Reynolds.     

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.     

Thermal design calculations for food freezing equipment--past, present and future

The literature on methods for thermal design of food freezing equipment is reviewed with emphasis on two questions: what do those who design, build and commission freezers most need from researchers in terms of improved design calculation methods, and what are the most limiting factors in determining whether a particular freezer design will satisfactorily freeze the product at the required throughput rate? Freezing time prediction methods have been significantly improved over the last two decades and are now infrequently the factor most limiting accurate design. There is a much greater need for more accurate thermophysical properties and better information on heat transfer coefficients for a variety of practical situations. The failure of many industrial freezers to deliver the design conditions to product in all parts of the freezer is also important. Future research should address the full range of factors limiting accurate freezer design, which may mean less emphasis on freezing time prediction.

Résumé

La littérature concernant la conception thermique des congélateurs industriels est passée en revue et l'accent est mis sur deux aspects: qu'est ce que les concepteurs, les fabricants et les installateurs attendent le plus des chercheurs en termes d'amélioration des méthodes de calculs de conception, et quels sont les facteurs dans la conception d'un congélateur qui exercent la plus grande influence sur la performance, c'est à dire qui déterminent si une conception donnée va permettre de congeler un produit à la vitesse voulue? Pendant les deux dernières décennies, on a amélioré de façon significative les méthodes qui prédisent le temps de congélation, et de nos jours, ces méthodes sont rarement le facteur qui limite le plus la conception précise. On a nettement plus besoin de précision sur les propriétés thermophysiques et les coefficients de transfert de chaleur pour différentes situations. Il est important de savoir que beaucoup de congélateurs industriels n'arrivent pas à reproduire les performances prévues lors de leur conception en tout point de l'appareil. Dans l'avenir, la recherche devrait être axée sur tous les facteurs limitant la conception précise des congélateurs, quitte à mettre moins l'accent sur la prédiction du temps de congélation.     

Effect of strip location on the air-side pressure drop and heat transfer in strip fin-and-tube heat exchangerEffet de la localisation des gaufrures d’ailettes sur la chute de pression de l''air et sur le transfert de chaleur dans un échangeur à tubes à ailettes

This work discusses about the pressure drop and heat transfer characteristics of a plain fin, a strip fin and combinations thereof in the fin-and-tube heat exchanger. Experimental apparatus and test algorithm using scale-up model fin geometry are discussed. The present work uses the electric heaters inside of the tube as the heating source to simulate the hot water loop in the wind tunnel test. The test results of the plain and strip fins are compared with the existing correlation and experimental data. It was found that a hybrid fin, plain fin at front row and strip fin at rear row, was more effective to enhance the heat transfer than that of the whole strip fin at the same fan power.

Résumé

Dans l’article, on traite des caractéristiques de la chute de pression et du transfert de chaleur d’une ailette lisse, d’une ailette gaufrée et de combinaisons de ces deux types d’ailettes dans un échangeur de chaleur à tubes ailetés. Le dispositif expérimental et l’algorithme utilisant une géométrie des ailettes échelonnées sont présentés. On utilise des équipements de chauffage électriques à l’intérieur du tube, comme source de chaleur, pour simuler la boucle d’eau chaude dans le tunnel expérimental. Les résultats expérimentaux concernant les ailettes lisses et les ailettes gaufrées sont comparés avec la corrélation existante et les données expérimentales. On a observé que des ailettes hybrides, c’est-à-dire lisses à la rangée frontale et gaufrées à la rangée arrière, étaient plus efficaces pour intensifier le transfert de chaleur que des ailettes entièrement gaufrées, à la même puissance du ventilateur.     

Exposè sur les véhicules de grande largeur à parois minces (dites hétérogènes) pour le transport de palettes

Starting about 10 years ago, manufacturers have sought to produce transport vehicles to accommodate two standard pallets of width 1.20 m requiring an overall width of 2.44 m. Since the Highway Code limits vehicle width to 2.50 m this leaves a wall thickness of only about 30 mm. Other national regulations and international agreements further limit the design.The methods and materials used to obtain the authorized K-value, whilst giving the necessary wall strength and rigidity, will be described. The success of these designs for future temperature-controlled road transport, and for long journeys (ie Europe to the Middle East) remains to be demonstrated.

Résumé

Depuis une dizaine d'années les constructeurs essaient de produire des engins de transport susceptibles de recevoir deux palettes normales de 1,20 m de large, exigeant une largeur hors-tout de 2,44 m. Le code de la route limitant la largeur des véhicules à 2,50 m, il ne reste que 30 mm environ pour l'épaisseur des parois. D'autres réglements nationaux et accords internationaux limitent encore cette largeur.On décrit les méthodes et les matériaux utilisés pour obtenir le coefficient K autorisé tout en assurant la résistance et la rigidité nécessaires des parois. La réussite de ces types de véhicule pour le transport routier futur sous température dirigée et les longs trajets (c'est-à-dire d'Europe au Moyen-Orient) reste à démontrer.     

Congélation des sols — étude physique et modèles mathématiques

A mathematical model for heat and mass transfer in soils at temperatures below 0°C is established from experimental observations and theoretical considerations. Numerical procedures are suggested for the solution of the resulting coupled and uncoupled Stefan problems. Finite difference and finite element analyses are presented for several cases of technical interest.

Résumé

On établit un modèle mathématique pour le transfert de chaleur et de masse dans les sols, à des températures inférieures à 0°C, à partir d'observations expérimentales et de considérations théoriques. On propose des méthodes numériques pour résoudre le problème de Stefan (couplé ou non) qui en résulte. Pour plusiers cas présentant un intérêt technique, on utilise des analyses faisant appel à la méthode des différences finies ou à la méthode des éléments finis.     

Anisotropie des proprietes electriques de l'oxyde de fer Fe2O3α

The electrical conductivity and the thermoelectric power of trivalent iron oxide α-Fe₂O₃, studied in the crystallographic plane (001) and along the [001] axis, have shown typical anisotropic behaviour.In the same material, the existence of two electronic transitions at 2.14 and 2.50 eV respectively has been found after optical absorption measurements.At high temperature (T > 1020 K) the electrical conductivity has an essentially intrinsic origin, and is practically independent of the oxygen pressure, while the extrinsic contribution predominates below 720 K.According to the model developped for the interpretation of the above experimental results, the peculiar behaviour of the electrical conductivity results from variations in the mobility of the carriers, depending on the electronic levels they are likely to occupy. These levels were identified as the results of a split in the t_2g orbitals of iron under the influence of the rhombohedral. distortion of the crystal field.Furthermore, the anisotropy of mobility is strongly dependent on the magnetic order below Néel temperature.

Résumé

L'étude de la conductivité électrique et du pouvoir thermoélectrique de l'oxyde de fer Fe₂O₃α, effectuée selon la direction cristallographique [001] et dans le plan (001), a révélé une grande anisotropie de comportement. Sur le même matériau des mesures d'absorption optique ont montré l'existence de deux transitions électroniques, à 2,14 et 2,50 eV respectivement.Prenant en compte l'ensemble de ces résultats un modèle a été proposé pour expliquer les propriétés du matériau à diverses températures et sous différentes pressions partielles d'oxygène.A température élevée (T > 1020 K) la conductivité électrique, pratiquement indépendante de la pression d'oxygène, est à forte dominante intrinsèque. En revanche, à basse température (T < 720 K), la conductivité est d'origine extrinsèque.La diversité des mécanismes de conduction observés peut s'expliquer par l'existence de porteurs dont la mobilité varie suivant les niveaux d'énergie qu'ils occupent. Ces niveaux résultent de l'éclatement des orbitales t_2g du fer dû à la distorsion rhomboédrique du champ cristallin.Les mobilités anisotropes sont fortement affectées par l'ordre magnétique au-dessous de la température de Néel.     

Etude quantitative de la structure à l'état congelé de muscle et de steak haché

The structure of frozen meat is studied after freeze-drying, with the technique of image analysis. The variable parameters are the freezing rate, the type of meat and the effect of grinding and mixing or not with pork fat.After freezing, the samples were cut (10 μ thick), freeze-dried, fixed and stained with Regaud's haematoxylin.Using a Quantimet 720 we measured the total volume occupied by ice crystals, the distribution in size of ice crystals and the specific area of freeze-dried samples. These results were compared with those obtained by two physical methods, mercury intrusion porosimetry and the volumetric method of krypton adsorption.The comparison of stereological and physical methods suggests a spindle-shaped model for the ice-crystals in frozen whole meat.Concerning the technological parameters, the results show that grinding involves an increase of the size of ice crystals and that mixing pork fat with ground meat induces a decrease in the size of ice crystals in the pieces of meat.

Résumé

On étudie la structure de la viande congelée, aprés lyophilisation, par analyse des images. Les variables sont la vitesse de congélation, le type de viande et l'influence du hachage et de l'addition ou non de tissue adipeux de porc.Aprés congélation, les échantillons ont été coupés (10 μm d'épaisseur), lyophilisés, fixés, puis colorés à l'hématoxyline de Regaud.En utilisant un Quantimet 720 nous avons mesuré le volume total occupé par les cristaux de glace, la répartition de leurs dimensions et la surface spécifique des échantillons lyophilisés. On a comparé ces résultats à ceux obtenus par deux méthodes physiques, la porosimétrie au mercure et la méthode volumétrique d'adsorption de krypton.La comparaison des méthodes stéorologiques et physiques améne à penser que les cristaux de glace du muscle de viande congelé entier ont une forme en fuseau.Quant aux paramétres technologiques, les résultats montrent que le hachage implique une augmentation de la taille des cristaux de glace et que le mélange de tissu adipeux de porc avec la viande hachée provoque une diminution de la taille des cristaux de glance dans les morceaux de viande.     

Une soufflerie pour l'étude expérimentale des milieux dispersés soumis à des températures négatives

In studying the weight loss from foodstuffs two aspects are considered: moisture loss during freezing and moisture loss during frozen storage. To analyse heat transfer, mass transfer and energy balance associated with drying, the factors to be studied are: temperature of the drying surface and of ambient air, partial vapour pressure near the surface and in ambient air, air velocity, the physical and structural properties of the product, radiation, ventilation and any heat source that may affect the process.The theoretical and experimental scheme models the processed product (eg unpacked meat carcass) as a cylinder, allowing for the size and actual shape in interpreting the results. The use of samples with well-defined thermophysical characteristics, easily reproducible and similar to those of foodstuffs, is envisaged.A thermally insulated wind tunnel loop (Fig. 1) of rectangular section was designed and built. The test channel contains the cylindrical sample with both ends insulated (Fig. 2) in a vertical position. The circulated air is cooled by a nitrogen exchanger controlled by a device with a platinum probe. Granular desiccants or saturated solutions control the relative humidity. Air velocity is measured with a hot wire anemometer. All temperatures are measured by a direct multisensor digital thermometer. Water losses are determined by direct weighing.The first tests were carried out on cylindrical potato samples, 26 mm diameter, with a height ranging between 70 mm and 80 m (density of 1063 kg m⁻³, original mass water content of about 79%). Fig. 3 shows the percentage weight loss as a function of time. In Fig. 4 mass losses during storage of the frozen product are given. During this period the relationship for different storage conditions obtained are practically linear.The rate of sublimation is little affected by relative humidity in the range studied (Fig. 5). Its variation in terms of air velocity appears linear, the slope being steeper as the test temperature is raised (Fig. 6). Fig. 7 shows the curve of the rate of sublimation with temperature.

Résumé

En vue d'étudier la congélation des différents produits et de déterminer l'influence de quelques facteurs sur les pertes de poids au cours de la congélation et de l'entreposage des congelés, on a construit une soufflerie expérimentale en circuit fermé, où l'air est refroidi par de l'azote liquide. On conla température, la vitesse et l'humidité relative. Les mesures réalisées concernent l'humidité relative, la vitesse de l'air de l'écoulement et les températures de l'échantillon, de l'air et des parois de soufflerie. Les pertes de poids sont déterminées par des pesées de l'échantillon cylindrique étudié, qui est isolé aux deux extrémités et placé au centre de la veine d'essais. Enfin, les résultats des premières expériences sont présentés.     

Rheology, flow behaviour and heat transfer of ice slurries: a review of the state of the art

This paper reviews recent studies on rheology, flow behaviour and heat transfer of two-phase aqueous secondary refrigerants (ice slurries). The difficulties in measuring their rheological properties for which standard rheometers prove to be poorly adapted are analysed. Special attention is paid to “vane-in-cup” rheometers, which can make it possible to determine the yield stress. Pressure losses in cylindrical tubes have been measured by many authors. Even if the results generally agree with two-phase flow theory, divergences in sensitivity to the solid fraction can be observed. The stratification observed by some authors for small-Reynolds-number flows and its effects on the pressure drop are addressed. In a last part, information concerning numerical values of the heat transfer coefficient of ice slurries are summarized. Heat transfer coefficients depend on many parameters, but are largely influenced by the flow regime. A geometry of heat exchanger is then proposed, which has already been effective for single-phase flows, and which may enhance heat transfer in ice slurry flows.

Résumé

Cet article passe en revue des études récentes concernant la rhéologie, le comportement des écoulements et le transfert thermique des frigoporteurs diphasiques aqueux (coulis de glace). Les difficultés de mesure des propriétés rhéologiques, pour lesquelles des rhéomètres courants s'avèrent mal adaptés, sont analysées. Une attention particulière est portée sur les rhéomètres du type « vane-in-cup » qui permettent de déterminer la contrainte seuil d'un matériau. Les pertes de charge linéaires dans des canalisations cylindriques ont été mesurées par de nombreux auteurs. Même si les résultats sont genéralement conformes à la théorie des écoulements diphasiques, on peut observer des divergences quant à la sensibilité à la concentration en glace. La stratification, observée par quelques auteurs pour des écoulements à faible nombre de Reynolds, et ses effets sur la chute de pression sont étudiés. Dans une dernière partie, les valeurs numériques du coefficient de transfert thermique des coulis de glace sont récapitulées. Les coefficients de transfert thermique dépendent de nombreux paramètres, mais sont fortement influencés par le régime d'écoulement. Nous proposons enfin un type d'échangeur de chaleur, dont l'efficacité a déjà été remarquée pour des écoulements monophasiques, et il pourrait s'avérer tout à fait adapté à des écoulements de coulis de glace.     

Influence de la réfrigération et de la congélation sur la qualité et l'aptitude à la germination des graines

The high dehydration level of seeds provides them with an exceptional survival period, nevertheless seeds are living organs which can die. Refrigeration can prevent the germination of seeds which are destined for human or animal consumption or, on the contrary, produce germination in a required time. The article first describes some of the biological particularities of seeds which can be considered as survival or reproductive organs. As a survival organ, refrigeration can be used to preserve seeds to: Prevent germination: the storage of seeds of tropical and sub-tropical origin at +5°C: the maintenance of a cold and dry atmosphere for the bulk storage of seeds in silos. Prevent parasitic attack: a low temperature and low relative humidity to protect against bacterial or fungal growth: it is more difficult to combat insect invation. Protect product viability: the drier the seed and the lower the temperature, the longer the seed life. Refrigeration can also be used to facilitate germination by eliminating dormancy. It is already well known that humid cold promotes germination by eliminating embryonic dormancy (in general, from one to a few months at a temperature of about +5°C). Furthermore, good germination of ‘hard seeds’ (with teguments impermeable to water) can be obtained by immersing them in liquid nitrogen and repeating the operation if necessary.

Résumé

Les graines sont des organes très particuliers en ce sens qu'elles prérentent le plus souvent un état de déshydration très poussé. Les problèmes de stockage qui en résultent sont de ce fait très différents de ceux que l'on recontre généralement avec les autres produits végétaux. Les basses températures empêchent leur germination pendant la conservation, limitent les altérations dues aux parasites et prolongent leur durée de vie. La réfrigération et la congélation des graines ont permis la mise au point d'applications originales. Quelques graines ne peuvent germer qu'après un séjour au froid en milieu humide. Des graines imperméables à l'eau deviennent capables de germer facilement aprés traitement à très basse température (azote liquide).     

Economie d'énergie: pompe à chaleur à absorption

One of the largest fields of research is energy recovery, particularly the increase of the energy level by using a heat pump.An absorption heat pump allows an upper level of about 140°C to be reached with a low consumption of electrical energy.The first part of this work establishes an expression for the COP from an enthalpy balance taking into account some hypotheses. From this expression a selection of the couple solute-solvant is possible according to operating conditions. A computation of the performance coefficient has been made as a function of various parameters such as the condenser, evaporator, absorber and separator temperature, and also the solution flow.Some results obtained with a small pilot plant are presented. They provide confirmation of the hypothesis and show that an absorption heat pump is able to increase the energy level from 60–80°C to 120–140°C with a satisfactory COP.

Résumé

L'un des domaines de recherche les plus étendus est celui de la récupération d'énergie et principalement l'augmentation du niveau d'énergie par l'utilisation d'une pompe à chaleur.On a choisi une pompe à chaleur à absorption parce qu'elle permet d'atteindre un niveau supérieur de 140°C environ avec une faible consommation d'énergie électrique.Dans le première partie de cette étude on a établi une expression du coefficient de performance à partir du bilan enthalpique en s'appuyant sur certaines hypothèses. A partir de cette expression un choix du couple soluté-solvant est possible suivant les conditions de travail. On a calculé le coefficient de performance en fonction de divers paramètres tels que la température au condenseur, à l'évaporateur, à l'absorbeur et au séparateur ainsi que le flux de solution.On présente quelques uns des résultats obtenus dans une petite installation pilote: ils permettent de confirmer l'hypothèse. Ils montrent qu'une pompe à chaleur à absorption peut faire passer le niveau d'énergie de 60–80°C à 120–140°C avec un coefficient de performance satisfaisant.     

Similarity analysis of energy transport in gas-driven fractures

Gas-driven fracture propagation is important in a variety of blasting technologies. In most applications, the driving gases are very hot and so heat transfer from the gas to the fracture walls strongly influences the speed and the ultimate extent of fracture propagation.In this paper, similarity solutions are presented for the problem of a planar gas-driven fracture propagating into a brittle elastic solid. Local values of the fluid pressure, temperature and speed are computed from the one-dimensional mass, momentum and energy equations governing the turbulent flow of an ideal gas. Crack opening displacements and the stress intensity at the crack tip are calculated from the gas pressure distribution, in accordance with the quasi-steady integral relations from linear/elastic fracture mechanics.Four thermal models are considered in the analysis: isothermal, isentropic, adiabatic with frictional heating, and the more general case with heat transfer to a cold fracture wall. When heat transfer is very weak, the general solution approaches the adiabatic result; when heat transfer is very strong, the general result approaches the isothermal limit. The applicable range of each model is described. Example calculations are presented for a number of applications, including: underground nuclear testing, tailored-pulse well shooting, and near surface blasting.

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Résumé La propagation d'une rupture sous une expansion de gaz est un sujet important dans diverses technologies utilisant les explosifs. Dans la plupart des applications, les gaz régissant la rupture sont très chauds, de sorte que le transfert thermique du gaz aux parois de la rupture a une influence déterminante sur la vitesse de la rupture et sur l'étendue finale de sa propagation. Dans l'étude, on présente des solutions de similitude applicables au problème d'une rupture planaire provoquée par l'expansion d'un gaz, et se propageant dans un solide fragile et élastique. Les valeurs locales de la pression, de la température et de la vitesse du fluide sont calculées à partir d'une série d'équations de masse, de momentum et d'énergie, qui gouverne l'écoule-ment turbulent d'un gaz parfait. On calcule le COD et l'intensité de contraintes à l'extrémité de la fissure en partant de la distribution de pression du gaz, et ce en cohérence avec les relations intégrales quasi stationnaires de la théorie linéaire et élastique de la mécanique de la rupture. On considère dans l'analyse quatre modèles thermiques: le modèle isotherme, le modèle isentrope, le modèle adiabatique avec échauffement par frottement, et le cas le plus général prenant en compte le transfert de chaleur vers la paroi froide de la cassure. Lorsque le transfert calorifique est très faible, la solution générale se rapproche du modèle adiabatique. Lorsqu'il est très important, la solution générale se rapproche d'une limite isotherme. On décrit le domaine applicable à chaque modèle, et des exemples de calculs sont présentés pour diverses applications, comprenant notamment les essais nucléaires souterrains, le tir en puits à impulsions contrôlées, et les explosions au voisinage de la surface du sol.

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This performed at Sandia National Laboratories supported by the U.S. Department of Energy under Contract DE-AC04-76DP00789.