Optimisation de la production de glace dans un film tombant

Abstract

La demande toujours accrue en énergie des grands édifices de même que la tarification variable dans la journée obligent les concepteurs de ces bâtiments à mettre en place des systèmes d'économie et/ou de stockage d'énergie. Cette façon de faire permet de profiter des périodes de coûts énergétiques faibles pour emmagasiner l'énergie nécessaire à l'utilisation future de certains équipements. En raison de l'omniprésence de l'eau dans notre monde, ce média fut logiquement l'un des premiers à attirer les regards. En fait, la compacité et la capacité calorifique latente de la glace en font l'un des médias les plus étudiés de nos jours. La formation de couche de glace à partir d'un film d'eau s'écoulant le long d'une paroi verticale refroidie représente une façon de faire novatrice et peu exploitée. Cela constitue le premier objet du présent mémoire, le second étant la détermination des conditions optimisant la production de glace. S'agissant là de l'un des premiers pas vers une meilleure compréhension d'une telle méthode de formation de couche de glace, plusieurs hypothèses ont été faites pour arriver à un modèle mathématique relativement simple, bâti à partir des équations de conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement et de la masse. Le problème en est un de changement de phase d'un matériau en mouvement, en présence de conduction et de convection. Une analyse a été effectuée afin de faire ressortir l'effet des paramètres principaux (débit, températures de la plaque et de l'ambiance, longueur de la plaque) sur l'accumulation de la glace sur la plaque. La diminution des deux températures et du débit a un effet bénéfique sur la croissance de la couche de glace. Il en va de même pour l'augmentation de la longueur des plaques, mais dans une certaine mesure. L'originalité de la recherche se présente à la suite de l'analyse mentionnée précédemment: les effets des paramètres principaux sont exprimés numériquement et regroupés au sein d'une corrélation représentant le comportement du système. Cette approche a l'avantage d'offrir un modèle simple qui permet d'arriver rapidement à des résultats approximatifs. Par la suite, ces résultats permettent de déterminer la période de gel idéale pour optimiser la production de glace, en tenant du choix des paramètres principaux, de même que du temps nécessaire à la récupération de la glace.