Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA - BOUMERDES FACULTE DES HYDROCARBURES ET DE LA CHIMIE Département de Transport et Equipements des Hydrocarbures Laboratoire de Génie Physique des Hydrocarbures Mémoire de Magister Spécialité : Génie mécanique Option : Thermo Fluide THEME MODELISATION DES INFILTRATIONS THERMIQUES DANS LE BAC DE STOCKAGE DE GNL APPLICATION A LA PREDICTION DU TAUX D’EVAPORATION Présenté par : Mlle HARITI Rafika Soutenu publiquement le : 09/05/2007 à 9h 30 Devant le jury composé de : Président : M. KESSAL, Maître de conférences, Directeur de laboratoire LGPH, Université de Boumerdès Examinateurs : E. AMARA, Maître de recherches, CDTA, Alger N. DJELLAS, Docteur, Sonatrach M. BOUSSAID, Maître de conférences, Université de Boumerdès Rapporteur : A. BENBRIK, Maître de conférences, Université de Boumerdès D. LEMONNIER, Chargé de recherche au CNRS, ENSMA, Poitiers Boumerdès 2007 REMERCIEMENTS L’étude présentée dans ce mémoire a été effectuée au sein des deux laboratoires partenaires de l’accord programme CMEP N° 03 MDU 587 : - Laboratoire de Génie Physique des Hydrocarbures, Université de Boumerdès. - Laboratoire d’Etudes Thermiques, Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique, Poitiers (France). Je tiens tout d’abord à remercier très chaleureusement, mes encadrants, Messieurs A. BENBRIK (encadreur principal) et D. LEMONNIER (co-encadreur) de m’avoir intégré parmi les membres de l’équipe de ce projet et m’avoir fait confiance pour cette ambitieuse étude en m’initiant à la recherche scientifique, mais aussi pour la qualité de l’encadrement dont j’ai bénéficié pendant cette formation. Je tiens également à adresser toute ma reconnaissance à Monsieur E. AMARA pour sa disponibilité et la qualité de ses conseils qui m’ont permis d’évoluer dans mon travail et d’avoir voulu participer au jury de soutenance. J’adresse l’expression de ma vive gratitude à Monsieur M. KESSAL, d’avoir voulu présider ce jury. Je suis très sensible à l’honneur que m’ont fait Messieurs N. DJELLAS et M. BOUSSAID, d’examiner ce travail et de participer au jury de soutenance. Je souhaite également témoigner toute ma sympathie aux membres de l’équipe de l’accord programme avec lesquels j’ai travaillé dans une excellente ambiance. Ils ont toujours su se rendre disponibles pour m’écouter. Merci à Mme S. MEFTAH et Monsieur S. KHELIFI TOUHAMI. Je remercie également les volontaires pour la relecture de ce mémoire en l’occurrence messieurs T. HACHEMI et M. REZOUG, merci encore pour votre aide et votre patience. Que mes parents trouvent en ces lignes toute la reconnaissance qui leur est due, de m’avoir toujours encouragé dans mes choix et de m’en avoir donné les moyens pour y arriver. Tous mes remerciements vont également à tous ceux ou celles qui m’ont apportés une aide quelconque ayant contribué à l’élaboration de ce travail. ﻣﻠﺨﺺ ﺗﻌﺘﺒﺮ اﻟﺠﺰاﺋﺮ إﺣﺪى اﻟﺪول اﻟﻐﻨﻴﺔ ﺑﺎﻟﻐﺎز اﻟﻄﺒﻴﻌﻲ . و ﻟﺘﺴﻬﻴﻞ ﻋﻤﻠﻴﺔ ﺗﺼﺪﻳﺮ هﺬا اﻟﻤﻨﺘﻮج ﻋﺒﺮ اﻟﺴﻔﻦ ﻳﺘﻢ ﺗﻤﻴﻴﻌﻪ ﻣﺮورا ﺑﺄﻃﻮار ﻋﺪ ﻳﺪة ﻟﻴﺨﺰن ﻓﻲ ا ﻷﺧﻴﺮ ﻓﻲ ﺧﺰاﻧﺎت آﺒﻴﺮة اﻟﺤﺠﻢ 56000 م3 ﺗﺤﺖ ﺿﻐﻂ ﻳﺮﺗﻔﻊ ﻗﻠﻴﻼ ﻋﻦ اﻟﻀﻐﻂ اﻟﺠﻮي و درﺟﺔ ﺣﺮارة ﻣﻨﺨﻔﻀﺔ ﺟﺪا ﺗﺼﻞ إﻟﻰ - 162 . م.د و ﻟﻠﺤﻔﺎظ ﻋﻠﻰ هﺬﻩ اﻟﺤﺮارة ﺗﺰود اﻟﺨﺰاﻧﺎت ﺑﻌﻮازل ﺣﺮارﻳﺔ ﺻﻨﺎﻋﻴﺔ ذات ﻧﺎﻗﻠﻴﻪ ﺣﺮارﻳﺔ ﺿﻌﻴﻔﺔ . رﻏﻢ هﺬﻩ اﻟﻌﻮازل ﻳﺘﻌﺮض اﻟﻐﺎز اﻟﻄﺒﻴﻌﻲ اﻟﻤﻤﻴﻊ ﺧﻼل اﻟﺘﺨﺰﻳﻦ إﻟﻰ ﺗﺤﻮﻻت ﻋﺪﻳﺪة ﺗﺘﻤﺜﻞ ﻓﻲ ﺗﺒﺨﺮ اﻟﻐﺎز داﺧﻞ ا ﻟﺨﺰاﻧﺎت ﺑﻔﻌﻞ ارﺗﻔﺎع درﺟﺔ ﺣﺮارﺗﻪ، و هﺬ ﻩ اﻟﻈﺎهﺮة ﺗﻐﻴﺮ ﻣﻦ ﺧﺼﺎﺋﺼﻪ اﻟﻔﻴﺰﻳﺎﺋﻴﺔ و اﻟﻜﻴﻤﻴﺎﺋﻴﺔ . ﻣﻦ أﺟﻞ ذﻟﻚ أﺻﺒﺢ ﻣﻦ اﻟﻀﺮوري ﻣﻌﺮﻓﺔ ﺗﻮزﻳﻊ درﺟﺔ اﻟﺤﺮارة داﺧﻞ اﻟﺨﺰاﻧﺎت و ﺗﻐﻴﺮهﺎ ﻣﻊ اﻟﺰﻣﻦ وهﺬا ﻟﺘﻘﻴﻴﻢ آﻤﻴﺔ اﻟﻐﺎز اﻟﻤﺘﺒﺨﺮ . و ﻗﺪ أﺟﺮﻳﺖ اﻟﻌﺪﻳﺪ ﻣﻦ اﻟﺪراﺳﺎت ﻓﻲ هﺬا اﻟﻤﻴﺪان ﻟﻤﻌﺮﻓﺔ اﻟﺘﺤﻮﻻت اﻟﺤﺮارﻳﺔ ﻋﺒﺮ ﺧﺰاﻧﺎت اﻟﻐﺎز اﻟﻄﺒﻴﻌﻲ اﻟﻤﻤﻴﻊ ﻟﺘﻘﻴﻴﻢ ﻧﺴﺒﺔ اﻟﺘﺪﻓﻖ اﻟﺤﺮاري ﻣﻦ اﻟﻮﺳﻂ اﻟﺨﺎرﺟﻲ إﻟﻰ داﺧﻞ اﻟﺨﺰاﻧﺎت و هﺬا ﻟﺸﺮح ﻇﺎهﺮة اﻟﺘﺒﺨﺮ . ﺗﻬﺘﻢ هﺬﻩ اﻟﺪراﺳﺔ ﺑ ﺘﻘﺪﻳﻢ ﻧﻤﻮذج ﻻﻧﺘﻘﺎل اﻟﺤﺮارة ) ﻋﻦ ﻃﺮﻳﻖ اﻟﺤﻤﻞ اﻟﺤﺮاري و ا ﻹﺷﻌ ﺎع اﻟﺸﻤﺴﻲ ( ﻣﻦ اﻟﻮﺳﻂ اﻟﺨﺎرﺟﻲ ﻧﺤﻮ ﺧﺰان اﻟﻐﺎز اﻟﻤﻤﻴﻊ، ﺣﻴﺚ أﺧﺪﻧﺎ اﻟﺸﻜﻞ اﻟﻌﺎم ﻟﻠﺨﺰان ) اﻟﺠﺪران ﺑﻤﺎ ﻓﻲ ﻚ ذﻟ اﻟﺴﻘﻒ، اﻟﻐﺎز اﻟﺴﺎﺋﻞ و ﻏﺎز اﻟﺒ (ﺎرﺨ واﻟﻮﺳﻂ اﻟﺨﺎرﺟﻲ ) درﺟﺔ اﻟﺤﺮارة اﻟﺨﺎرﺟﻴﺔ و اﻟ ﺤﺮارة اﻟﺸﻤﺴﻴﺔ (. و أول ﺧﻄﻮة ﻓﻲ هﺬا اﻟﻌﺮ ض ﺗ ﻳﻘﺪ ﻢ دراﺳﺔ آﺎﻣﻠﺔ و ﺷﺮح ﻣﻔﺼﻞ ﻟﻠﺤﻤﻞ اﻟﺤﺮاري داﺧﻞ ﺑ ﺨ ﺎر اﻟﻐﺎز اﻟﻄﺒﻴﻌﻲ اﻟﻤﻤﻴﻊ، ﻟﻬ ا ﺬ اﻟﻐﺮض ﻧﺴﺘﺨﺪم ﺑﺮﻧﺎﻣﺞ اﻷﻋﻼم اﻵﻟﻲ ﻣﻦ أﺟﻞ ﻣﻌﺮﻓﺔ ﻧﻮع ﺣﺮآﺔ اﻟﺤﻤﻞ اﻟﺤﺮاري وهﻞ ﻳﻤﻜﻦ ﺗﺠ ﺎ هﻠﻬﺎ ﺧﻼل اﻟﺪراﺳﺔ و أﺧﺪ ﻓﻘﻂ اﻟﻨﻘﻞ اﻟﺤﺮاري داﺧﻞ ﺑﺨﺎر اﻟﻐﺎز . ﻓﻲ اﻟﺨﻄﻮة اﻟﺜﺎﻧﻴﺔ ﻧﻄﺮح ﻧﻤﻮذﺟﺎ رﻳﺎﺿﻴﺎ ﻟﻠﺘﺒﺎدﻻت اﻟﺤﺮارﻳﺔ ﺑﻴﻦ اﻟﺨﺰان و اﻟﻮﺳﻂ اﻟﺨﺎرﺟﻲ ا هﺬ و . اﻟﻨﻤﻮذ ج ﺳﻤﺢ ﻟﻨﺎ ﺑﻤﻌﺮﻓﺔ ﺗﻮزﻳﻊ درﺟﺔ اﻟﺤﺮارة ﻋﻠﻰ اﻟﺠﺪار اﻟﺪاﺧﻠﻲ ﻟﻠﺨﺰان و درﺟﺔ ﺣﺮارة اﻟﻐﺎز اﻟﻤﺘﺒﺨﺮ و آﺬﻟﻚ ﺗﻮزﻳﻊ درﺟﺔ اﻟﺤﺮارة ﻓﻲ ﺳﻤﻚ ﺟﺪران اﻟﺨﺰان . اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﻤﺤﺼﻞ ﻋﻠﻴﻬﺎ ﻧﻈﺮﻳﺎ ﻧﻘﺎرﻧﻬﺎ ﻣﻊ اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﻤﻘ ﺎ ﺳﺎة ﺗﺠﺮﻳﺒﻴﺎ ﻓﻲ ﻗﺎﻋﺔ اﻟﻤﺮاﻗﺒﺔ ﺑﻤﺮآﺐ ﺗﻤﻴﻴﻊ اﻟﻐﺎز اﻟﻄﺒﻴﻌﻲ ﺑﺴﻜﻴﻜﺪة و ﻓﻲ اﻷﺧﻴﺮ ﻧﻘﻮم ﺑﺤﺴﺎب ﻧﺴﺒﺔ اﻟﺘﺒﺨﺮ ودراﺳﺔ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺑﻌﺾ اﻟﻌﻮاﻣﻞ ﻋﻠﻴﻬﺎ و اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﻤﺤﺼﻞ ﻋﻠﻴﻬﺎ ﻧﻈﺮﻳﺎ ّ ﻗﺎر ﻧﺎ هﺎ ﻣﻊ دراﺳﺎت أﺧﺮى ﻓﻲ اﻟﻤﻴﺪان . RESUME La maîtrise du phénomène d’évaporation du GNL dans les réservoirs de stockage est étroitement liée à la compréhension de tous les échanges thermiques entre le bac et le milieu environnant. Plusieurs travaux de recherche, théoriques et expérimentaux, ont été réalisés pour mieux comprendre le phénomène d’évaporation et minimiser les pertes par évaporation. Dans cette étude nous présentons une simulation par le logiciel Fluent et une modélisation numérique pour déterminer les profils de température dans l’ensemble du système de bac de stockage et nous évaluons les taux d’évaporation en fonction de certains paramètres influants (niveau de liquide, température ambiante et ensoleillement). Dans une première étape, nous présentons la modélisation de la convection naturelle dans la phase vapeur de GNL dans le volume du bac de stockage à l’aide du logiciel Fluent, pour montrer que les écoulements convectifs de la vapeur sont négligeables et que le transfert de chaleur par conduction est d’influence majeure. Dans une seconde étape, nous présentons une modélisation des transferts thermiques dans l’ensemble du système du bac de stockage (milieu ambiant, différentes parois du bac, le GNL liquide et phase vapeur) dont la résolution est basée sur la méthode des volumes finis en 2D. Les résultats obtenus par la modélisation numérique ont été comparés avec d’autres sources de la littérature. En dernier lieu, nous évaluons les taux d’évaporation de GNL pour une configuration générale du réservoir de stockage et procédons à l’étude de l’influence des différents paramètres de stockage (niveau du GNL liquide, température ambiante et flux solaire). Les résultats obtenus pour les taux d’évaporation ont été comparés avec d’autres recherches dans le domaine. ABSTRACT A Knowledge of boil-off rates and internal temperature profiles as function of liquid level is important for predicting the evaporation and optimizing the design of aboveground cryogenic storage facilities. Many published research works have tried to understand and explain the heat transfers in cryogenic storage tanks and have proposed some methods to estimate the heat fluxes. Our study consists in presenting a modeling of the thermal infiltrations coming from the ambient conditions by convection and solar radiation towards a LNG tank. We consider the tank structure, the liquid and vapor phases of the gas and environment characteristics (ambient temperature, solar flux). As a first step, we present the modeling of the natural convection in the vapor phases of LNG using the Fluent software in order to show in what extend the convective in the vapor may be neglected with respect to conduction through the stably stratified gas layer. As a second step, we present a modeling of the thermal transfer in the whole system of the storage tank by using a reduced model (conduction only) adapted to a composite medium (different wall layers, gas vapor, liquid) in transient régime. The results obtained by the method without convection are compared with other sources literature. Finally, the LNG evaporation rate is evaluated for a general configuration of the storage tank and the respective parameters (level of liquid, atmospheric temperature, solar flux, insulation thickness) accessed. The results obtained are compared with other investigations, and studied the evaporation sensibility to certain parameters (level of liquid, atmospheric temperature and sunning). SOMMAIRE NOMENCLATURE…………………………………………………………………...1 1. INTRODUCTION GENERALE……………………………………………………..4 2. CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 1.1 Introduction……………………………………………………………………....7 1.2 Stockage de GNL…………………………………………………………….......7 1.2.1 Présentation du réservoir ………………………………………………........8 1.3 Phénomène d’évaporation……………………………………………………….9 1.4 Phénomène de roll-over…………………………………………………….......10 1.5 Maîtrise de l’évaporation du GNL………………………………………….......10 1.6 Objectifs de l’étude……………………………………………………………..16 1.7 Conclusions……………………………………………………………………..17 3. CHAPITRE 2 : ETUDE THEORIQUE 2.1 Introduction………………………………………………………………….....19 2.2 Modélisation de la convection naturelle dans la phase vapeur par Fluent ….....20 2.2.1 Présentation du problème………………………………………………......20 2.2.2 Paramètres de simulation par Fluent …………………………….………...22 2.3 Modélisation du transfert de chaleur dans le bac de stockage……………….....23 2.3.1 Analyse du problème…………………………………………………….....23 2.3.2 Equation du modèle.……………………………………………………......24 2.3.3 Etude de l’ensoleillement du bac de stockage……..…………………….....27 2.4 Méthode d’évaluation du taux d’évaporation………………………………......31 2.4.1 Flux thermique latéral……………………………………………………....31 2.4.2 Flux de chaleur de la phase vapeur……...……………………………….....32 2.4.3 Flux radiatif vers la surface de GNL liquide…………………..……….......33 2.4.4 Chaleur latente de vaporisation………………………………………….....36 2.5 Conclusions………………………………………………………………….....37 4. CHAPITRE 3 : RESOLUTION NUMERIQUE 3.1 Introduction…………………………………………………………………....39 3.2 Détermination du profil de température dans le bac par Fluent……………….39 3.2.1 Convergence du code de calcul de Fluent…………………………….......39 3.3 Résolution numérique du profil de température dans le bac……………….....40 3.3.1 Méthodes de résolution uploads/Science et Technologie/hariti-rafika-pdf.pdf