Ecoulements et transferts thermiques en convection naturelle dans les milieux macro-poreux alimentaires : application aux réfrigérateurs ménagers | (trad auto)Natural convection flows and heat transfers in macroporous food media: application to household refrigerators

French. L'étude porte sur les écoulements et les transferts en convection naturelle au sein d'empilements de produits alimentaires et plus particulièrement dans des réfrigérateurs ménagers. L'approche est à la fois expérimentale et numérique. Une première étude a été effectuée dans un empilement ordonné de sphères soumis à une convection à faible vitesse d'air (u < 0.2 m/s). L'intensité des échanges convectifs entre les objets et l'air ainsi qu'entre la paroi de la cavité et l'air a été caractérisée en fonction de la position et de la vitesse.Par ailleurs, les résultats ont montré que les autres modes de transfert (conduction et rayonnement entre les objets et avec les parois) sont du même ordre de grandeur que la convection. Des mesures de vitesse d'air (par vélocimétrie par images de particules) et de température ont été effectuées dans une enceinte fermée représentant une maquette d'un réfrigérateur ménager (à l'échelle 1) dans différentes configurations (maquette vide, maquette chargée d'empilement de produits inertes thermiquement et de produits échangeant de la chaleur). Des instationnarités dans le bas de l'enceinte vide ont été mises en évidence (Ra~3*10(8)). La présence d'empilements d'objets (même inertes thermiquement) modifie de façon importante les écoulements et les transferts. Les simulations numériques effectuées avec un logiciel de mécanique de fluide pour les différentes configurations étudiées sur la maquette et dans le cas d'un réfrigérateur réel ont donné des prédictions satisfaisantes en comparaison avec les mesures expérimentales.

English. In this work, the airflow and heat transfer by natural convection have been investigated in a stack of foodstuffs and particularly in domestic refrigerators. Both experimental and numerical approaches were conducted. Firstly, an experimental study was carried out using an ordered stack of spheres that was subjected to low air velocities (u < 0.2 m/s). The convective heat transfer coefficients between the objects and the air and between the wall of the cavity and the air were characterized according to the position and air velocity. The results showed that conduction and radiation effects between the objects and with the wall were of the same order of magnitude as convection. Measurements of the air velocity (using Particle Imaging Velocimetry) and temperature were made in an enclosure representing a domestic refrigerator model for various configurations (empty model, model loaded with stacking of inert products and model loaded with stacking of heat exchange products). A transient state behavior was observed at the bottom of the empty enclosure at a Rayleigh of 3*10(8). The presence of object stacks (even thermally inert) was shown to significantly modify the airflow and heat transfer characteristics. The numerical simulations using computational fluid dynamic software for various configurations (carried out for the model or real refrigerator) were shown to satisfactorily predict the experimental measurements.