Caractérisation thermo-physique d’un matériau à changement de phase avec surfusion incluant l’évaluation du flux dissipé lors de la phase de recalescence

Les matériaux à changement de phase (MCP) présentent des comportements thermodynamiques pouvant être complexes particulièrement en présence de surfusion. Les phénomènes de fusion et cristallisation peuvent être caractérisés selon différentes approches. Elles sont basées soit sur des lois de comportement traduisant les cinétiques de cristallisation avec l’évaluation de la fraction solide en fonction du temps et de la température (modèles du type Avrami ou Nakamura ) ou par mesure de flux sur un échantillon soumis à des sollicitations thermiques permettant d’identifier notamment la courbe caractéristique enthalpie-température. Cette seconde approche est possible sur des volumes de MCP très différents : de quelques milligrammes dans le cas de la DSC à plusieurs centaines de grammes dans le cas de l’identification par méthodes inverses sur banc expérimental fluxmétrique. Dans tous les cas, une caractérisation précise de la courbe enthalpie-température lors des phases de fusion et solidification complètes ou partielles constitue un enjeux scientifique important pour évaluer correctement la performance énergétique de dispositifs avec stockage latent.

Dans notre étude, une cavité parallélépipédique en cuivre de 9x9x0.5 m3m^3 contenant du PEG6000 est soumise sur ses deux plus grandes faces à un flux de chaleur afin d’identifier par méthode inverse les lois de comportement analytiques relatives à l’enthalpie, la fraction liquide et la chaleur spécifique équivalente. Le chauffage est assuré par des plaques résistives, tandis que le refroidissement dépend du coefficient de pertes thermiques lié à l’isolation entourant la cavité. La température au sein du MCP est considérée uniforme compte tenu de la faible épaisseur de la cavité et égale à celle des plaques de cuivre. Le comportement thermique dynamique de la cavité vide est préalablement déterminé. Les résultats présentés pour le PEG6000 incluent l’identification du flux de chaleur dissipé dans le MCP pendant la recalescence.

Article

PDF : download