Application d'un modèle de transfert de masse et de chaleur au séchage à haute température : détermination expérimentale des paramètres du modèle et sa validation

Authors: Nabhani, Messaoud
Advisor: Fortin, YvesFortin, AndréTremblay, Carl
Abstract: L'objectif général de ce travail était d'appliquer un modèle de transfert de masse et de chaleur basé sur l'approche du potentiel hydrique au séchage à haute température. L'étude a comporté trois volets. Le premier volet a porté sur l'adaptation du modèle de transfert 2D existant pour le séchage à moyenne température et le séchage sous vide au séchage à haute température. Le deuxième volet, soit la partie principale de l'étude, a été consacré à la détermination expérimentale des paramètres du modèle de transfert à haute température. Le troisième volet a consisté à valider le nouveau modèle de transfert à l'aide de simulations et d'essais de séchage en laboratoire. La mesure des paramètres expérimentaux fut effectuée sur le bois d'aubier et de duramen d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Les paramètres mesurés furent les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur, la conductivité hydrique effective, le ratio flux de vapeur/flux total, la perméabilité intrinsèque du bois et sa perméabilité relative au gaz. D'autres paramètres comme la relation teneur en humidité-potentiel hydrique, la diffusivité effective de la vapeur dans le bois et la conductivité thermique furent tirés ou déduits de la littérature. Les essais de validation ont porté sur deux chargements de colombages de bois d'épinette blanche séchés à 105 et 115ʻC. Les résultats de ces essais ont été comparés aux résultats de simulation obtenus à partir du modèle de transfert à haute température implanté dans deux codes numériques différents, soit le code DRYTEK écrit en Fortran et le code DRYMEF écrit en C++. Les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur déterminés à des températures de 105 et 115ʻC et à une vitesse de l'air de 3 m/s demeurent constants aux teneurs en humidité moyennes au-dessus de 60% et diminuent graduellement par la suite. Il s'avère aussi que la position dans l'arbre (aubier vs duramen) a un effet important sur l'évaluation des coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur. Il en est de même pour l'épaisseur des planches, particulièrement aux teneurs en humidité élevées. Les résultats démontrent également que les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur augmentent avec la température. Les mesures de la conductivité hydrique effective à 105 et 115ʻC démontrent que celle-ci est fortement affectée par la teneur en humidité du bois, la température et la direction structurale. La conductivité hydrique décroît avec la teneur en humidité du bois et augmente avec la température d'une façon exponentielle. Elle est plus élevée dans la direction longitudinale que dans les directions radiale et tangentielle. À une teneur en humidité et à une température données, aucune différence n'a été observée entre la conductivité hydrique effective de l'aubier et celle du duramen. Les résultats des mesures du ratio flux de vapeur/flux total ont montré que ce dernier est comparable à celui rapporté dans la littérature pour le séchage à moyenne température et qu'il est indépendant de la température et du type de bois (aubier vs duramen). Les résultats des mesures de perméabilité intrinsèque indiquent que la perméabilité longitudinale est d'au moins deux ordres de grandeur plus élevée que les perméabilités radiale et tangentielle. Le bois d'aubier est plus perméable que le bois du duramen, peu importe la direction structurale. Finalement, la comparaison des résultats des essais de validation aux résultats de simulation des deux codes utilisés indique que DRYTEK simule très bien la courbe moyenne de séchage à haute température, les profils de température ainsi que la pression au centre du bois. Les profils de teneur en humidité simulés semblent cependant trop plats. Malgré les quelques disparités observées, on peut conclure en la validité du modèle de transfert utilisé et de l'adaptation de DRYTEK pour le séchage à haute température par l'ajout de l'équation de pression. Il en est de même pour les valeurs expérimentales mesurées pour les paramètres de modélisation. Quant au code DRYMEF, il simule mieux les profils de teneur en humidité mais certains ajustements restent à faire pour améliorer la précision des résultats de simulation.
Document Type: Thèse de doctorat
Issue Date: 2007
Open Access Date: 13 April 2018
Permalink: http://hdl.handle.net/20.500.11794/19683
Grantor: Université Laval
Collection:Thèses et mémoires

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