THERMIQUE - Changement de phase???

[invitef42ad300]

Tout d'abord Bonjour à vous tous et merci d'avance pour votre aide,

Lors d'une expérience, j'ai remarqué un phenomene peut etre évident pour certain d'entre vous dont je ne comprend pas tres bien la cause. Voici la description de l'expérience assez simple dont le but final est de mesurer un coefficient d'echange thermique.

Expérience: 2 thermocouples sont soudé à 1mm et 2mm sous la surface supérieure d'un bloc d'acier (oxide stable). Je refroidi avec un systeme de refroidissement le bloc d'acier jusqu'a l'ambiante, prealablement chauffé à 450°C (temperature initiale assumée homogene dans le bloc car de petite dimension), et enregistre l'evolution de la temperature en fct du temps.
L'experience a été répétée plusieur foi avec tjrs les memes observations.
Question
apres analyse des courbes T=F(temps), j'ai remarqué que lorsque que la temperature atteind environ 130/150°C, la vitesse de refroidissement augmente pdt un court instant ( forte augmentation du flux de chaleur) puis on observe un petit plateau avec de faibles oscilllations de la temperature.
A quoi peut etre dû cette augmentation de flux de chaleur suivi du palier (avec oscillation du flux thermique)?


REFLEXION
Au départ je pensais à une discontinuité de propriété thermique dans mon matériaux mais ce n'est pa le cas car cela n'apparait uniquement que lorsque je refroidi avec de l'eau. Donc le phenomene provient de l'eau.

J'ai ensuite pensé à la chaleur latente de vaporisation ou liquéfaction de mon eau qui peut creer un flux thermique car le phenomene apparit uniquement vers 130/150°C. Toutefois dans mon cas, je part d'un corp chaud pour aller vers un corp froid, je ne peut donc pas avoir de vaporisation mais une liquéfaction de mon eau or la liquéfaction est exothermique dons libere de la chaleur vers le bloc d'acier donc ne devrait pas engendrer un refroidissement plus rapide mais au contraire moin rapide.

Je ne comprend pas d'ao vient cette augmentation de flux???


Merci pour votre aide
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[invite2313209787891133]

Bonjour

Je pense que le phénomène pourrait être causé par un effet de caléfaction, celle ci apparait justement pour des différence de température d'environ 50°C entre la température d'ébullition du liquide et la température de surface.
Dès que ce phénomène s'estompe le coefficient d'échange augmente brutalement puis il retombe en dessous de 100°C.
Pour schématiser la surface est en contact avec de la vapeur, puis avec un liquide en ébullition, puis avec un liquide.

[invitef42ad300]

Bonjour et merci de vous interesser à mon probleme,

Si j'ai bien compris, la forte augmentation du coef de transfert serait dû à l'echange thermique de la surface avec de l'eau en ebulition. Pourquoi un contact avec de l'eau en ebulition engendrerai un coeff de transfert plus important qu'avec une eau qui n'est pas en ebulitio?

Est ce que cela serait du au fait que l'eau en ebulition engendrerai des mouvement convectifs plus important ou bien est le fait d'un changement de phase.

Merci bcp, votre remarque m'a bien aidé et va me permettre d'effectuer d'autre essais.

Merci pour vos commentaire qui sont tjrs les bienvenu

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Non. La caléfaction crée une couche de vapeur et des bulles entre le métal et l'eau qui diminue le transfert thermique. Quand la caléfaction s'arrête, la couche isolante disparait et le transfert thermique s'améliore.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[arrial]

Salut,




À fort ΔT par rapport à la température d'ébullition, comme le dit justement Dudulle [ça lui arrive … ], il y a une violente ébullition.
► ébullition pelliculaire : le liquide et le solide sont séparés par une gaine de vapeur, ce qui freine considérablement le transfert.
► cet état est métastable si on baisse suffisamment le ΔT, la gaine s'effondre pour rétablir le contact liquide-solide.
► rapidement, le contact est à nouveau perturbé par une ébullition à filaments de vapeur [on peut voir des files de bulles si on peut],
► qui est relayée sans grosse différence, par l'ébullition nuclée [pépère … ]
► Finalement, on termine par l'échange convectif sans ébullition, quand la couche limite tombe en dessous des 100°C …

J'ai pratiqué l'expérience de Nukiyama avec un fil de platine plongé dans de l'azote liquide …


@+

[j'écris ça de mémoire : tu trouveras les détails en gogolisant "expérience de Nukiyama"]

[invitef42ad300]

Salut,




À fort ΔT par rapport à la température d'ébullition, comme le dit justement Dudulle [ça lui arrive … ], il y a une violente ébullition.
► ébullition pelliculaire : le liquide et le solide sont séparés par une gaine de vapeur, ce qui freine considérablement le transfert.
► cet état est métastable si on baisse suffisamment le ΔT, la gaine s'effondre pour rétablir le contact liquide-solide.
► rapidement, le contact est à nouveau perturbé par une ébullition à filaments de vapeur [on peut voir des files de bulles si on peut],
► qui est relayée sans grosse différence, par l'ébullition nuclée [pépère … ]
► Finalement, on termine par l'échange convectif sans ébullition, quand la couche limite tombe en dessous des 100°C …

J'ai pratiqué l'expérience de Nukiyama avec un fil de platine plongé dans de l'azote liquide …


@+

[j'écris ça de mémoire : tu trouveras les détails en gogolisant "expérience de Nukiyama"]

Bonjour,
lorsque vous dites:
cet état est métastable si on baisse suffisamment le ΔT, la gaine s'effondre pour rétablir le contact liquide-solide.
Est ce qu'a cet instant precis ou le contact s'effectue, il y a une forte augmentation du flux thermique???
Peut etre est ce cet etat que j'observe?

Remarque
J'avais egalement pensé à l'effet de casser la couche de vapeur mais il me semblait que cet effet apparaissait à des temperature de surface plus élevé (300°C) ==> Température de Leidenfrost??

Est ce que cela peut apparaitre vers 120°C?

[arrial]

la gaine s'effondre pour rétablir le contact liquide-solide.
Est ce qu'a cet instant precis ou le contact s'effectue, il y a une forte augmentation du flux thermique???

C'est certain la résistance thermique de convection chute brusquement si le liquide est en contact avec le solide chaud.
Elle ré-augmente dès la phase suivante avec présence de vapeur.

Je n'ai pas fait la manip. avec de l'eau, car c'est plutôt pointu, pour gérer la puissance Joule [à moins de faire l'expérience sous vide partiel, mais alors …]. Cette expérience a été faite avec de l'eau.
Le phénomène identifié, tu trouveras aussi bien que moi les détails sur le net. Car à ce stade, je n'en sais pas plus que toi.

@+

[Dudulle te confiera que je suis toujours un peu un amateur, même si c'est sur le plus de domaines que je peux ]


[attention : la "casse" de la gaine de vapeur n'intervient pas quand on chauffe plus, mais au contraire,quand le solide refroidit [la gaine s'effondre]: le contraire donc du cycle obtenu avec Nukiyama]

[invitef42ad300]

C'est certain la résistance thermique de convection chute brusquement si le liquide est en contact avec le solide chaud.
Elle ré-augmente dès la phase suivante avec présence de vapeur.

Je n'ai pas fait la manip. avec de l'eau, car c'est plutôt pointu, pour gérer la puissance Joule [à moins de faire l'expérience sous vide partiel, mais alors …]. Cette expérience a été faite avec de l'eau.
Le phénomène identifié, tu trouveras aussi bien que moi les détails sur le net. Car à ce stade, je n'en sais pas plus que toi.

@+

[Dudulle te confiera que je suis toujours un peu un amateur, même si c'est sur le plus de domaines que je peux ]


[attention : la "casse" de la gaine de vapeur n'intervient pas quand on chauffe plus, mais au contraire,quand le solide refroidit [la gaine s'effondre]: le contraire donc du cycle obtenu avec Nukiyama]

Tres bien, en tt cas merci pour tes commentaires, ca me laisse des voies exploiratoires ou chercher.

Toutefois, je reste assez surpris de pouvoir mesurer et mettre en evidence des phenomenes si fin avec un simple thermocouple

[arrial]

Toutefois, je reste assez surpris de pouvoir mesurer et mettre en evidence des phenomenes si fin avec un simple thermocouple

Parce que le thermocouple est méconnu du grand public.
Je ne l'ai découvert qu'en 3ème cycle.
Moyennant quelques précautions [test des spécimens, aménagement de 'volants thermique' pour juguler la conduction thermique par les fils], on fait sans problème des mesures au 1/10ème de °C.

"On" utilise quasi exclusivement des thermocouples de type K.
Les sondes de platine ne servent qu'en cas exceptionnels, ainsi que la thermographie 'infrarouge'.

@+