Physique du changement de phase - WPMEPCP1

Objectif(s)

Ce cours part des fondements thermodynamiques et des mécanismes locaux de nucléation/germination, puis s'intéresse aux échelles intermédiaires telles que celles de l'ébullition pariétale et aux plus grandes échelles des applications industrielles avec l'ébullition convective en conduite. Il est centré sur le changement de phase liquide-vapeur (condensation et ébullition) mais fournit également des présentations plus concises des autres types de changement de phase, notamment de quelques mécanismes généraux de la solidification des métaux. 4h sont consacrées en fin de module aux modèles de type "champ de phase", van der Waals et Cahn-Hilliard.

Contenu(s)

24 heures
0. Changement de phase et Énergétique : l’intérêt
1. Rappels thermodynamiques
1.1. L'équilibre thermodynamique d'une phase
1.2. La coexistence de deux ou plusieurs phases
1.3. Diagramme de phase d'un corps pur
1.4 Les mélanges binaires
1.5 Transitions de phase du 1er et du 2nd ordre
2. La tension superficielle
2.1. La tension interfaciale entre un liquide et sa vapeur
2.2. Angle de contact et phénomène de mouillage
3. Nucléation homogène
3.1. Conditions d’équilibre d’une bulle de vapeur dans son liquide générateur
3.2. Stabilité de l’équilibre thermodynamique
3.3. Limite cinétique de la nucléation
4. Nucléation hétérogène
4.1. Nucléation homogène sur une paroi plane
4.2. Nucléation à partir de gaz ou de vapeur piégée dans les cavités
4.3. Critère de déclenchement de l’ébullition nucléée
4.4. Grossissement d’une bulle au sein d’un liquide
4.5. Développement d’une bulle au voisinage d’une paroi chauffée
4.6 Diamètre et fréquence de départ des bulles
5. Ébullition en vase (Pool Boiling)
5.1. Expérience de Nukiyama
5.2 Convection naturelle
5.3. Ébullition nucléée
5.4. La crise d’ébullition
6. Ébullition en convection forcée
6.1. Du bon usage des corrélations
6.2. Rappel de quelques nombres adimensionnels
6.3. Configurations d’écoulement
6.4. Titre et bilan thermique
6.5. Températures et coefficients d’échange le long d’un tube chauffant
7. Condensation de vapeur pure
7.1. Généralités
7.2. Le problème de Nusselt : le film lisse et laminaire
7.3. L’approche par corrélations de la condensation en film vertical
8. Théorie cinétique de l’évaporation - condensation
8.1. Introduction
8.2. Modèle simplifié
8.3. Rapide présentation du modèle de Schrage
9. Quelques généralités sur la solidification
10. Introduction aux modèles de type "Second Gradient" et "Phase-Field"

Calendrier
Premier trimestre universitaire (octobre-décembre)

Rappels en début de module.