Magnetic Resonance Imaging of Convection in Phase Change Materials

Les materiaux a changement de phase (MCP) sont tres etudies de nos jours dans le contexte du stockage de l’energie. Les MCP peuvent stocker ou relâcher une importante quantite d’energie pendant le changement de phase grâce a la chaleur latente, l’optimisation du transfert de chaleur est un objectif cle. Une solution consiste a effectuer le changement de phase avec de la convection naturelle dans la phase liquide. Cette solution a fait l’objet de nombreuses etudes theoriques et numeriques. Tres peu d'etudes experimentales existent puisque les MCP sont opaques en phase solide, . L’objectif de notre etude est de comprendre les mecanismes mis en jeu dans le couplage entre dynamique et thermique incluant transferts de chaleur et changement de phase. Nous proposons d’etudier experimentalement la convection de MCP en changement de phase grâce a l’Imagerie par Resonnance Magnetique (IRM).L’IRM est interessante dans ces systemes diphasiques car il est possible de discriminer facilement les zones solides et liquides du fait de la chute des temps de relaxation transversale. De plus, il est possible d’obtenir des cartes de vitesses et de temperature. Si les mesures de velocimetrie sont maintenant assez courantes en IRM et ne posent pas de difficultes particulieres, il en est tout autrement pour la thermometrie. En effet, les techniques classiques se basent sur les variations du deplacement chimiques mais ne sont pas efficaces avec tous les materiaux. D’autres techniques reposant sur la relaxation sont interessantes lorsque le temps de relaxation longitudinale est assez court et que les temps de relaxation sont sensibles a la temperature. Cette methode peut manquer de precision dans certains cas. Nous avons etudie deux MCP l’hexadecane, un materiau pur dont la temperature de fusion est 17.9°C et le polyethylene glycol 600, un materiau non pur dont l’intervalle de fusion est compris entre 10°C et 21°C. Initialement, le materiau est maintenu en conditions isothermes a l’etat solide. Ensuite, le materiau est chauffe par le bas caracterise par l’apparition d’une couche inferieure liquide. L'interface de fusion reste plate tant que le regime est conductif dans le liquide. Lorsque la hauteur de liquide est suffisamment importante, une convection se produit dans le liquide couplee a une interface deformee. Nous montrerons les effets de la convection sur le changement de phase : l’augmentation nette de la hauteur liquide dans le cas convectif par rapport au cas conductif, l’augmentation des transferts thermiques, l’evolution des structures thermoconvectives obtenues.