Development and study of the thermo-physical behavior of phase change composite materials for applications in the field of thermal energy storage
Elaboration et étude du comportement thermo-physique de matériaux composites à changement de phase pour des applications dans le domaine de stockage de l’énergie thermique.
Résumé
This work focuses on the development and predication of the thermo-physical properties of composite materials with and without phase change. Firstly, we studied the evolution of the thermal properties of three-phase samples based on SEBS, PEBD as a function of the mass fraction of hexadecane, and secondly, the influence of the mass fraction of the mixture (SEBS / PEBD). Simultaneous determination of the thermal properties (heat capacity, diffusivity, effective thermal conductivity) of these materials was carried out by two methods using the hot disk device and a new measurement bench developed at the CERTES Laboratory (UPEC). The study of the kinetics storage/release of thermal energy of these samples was carried out as a function of the mass fraction of hexadecane. Samples based on expanded graphite, SEBS, LDPE and hexadecane were tailored and analyzed. The heat transfer intensification as a function of the mass fraction of expanded graphite has been studied. Finally, the study of the energy efficiency of each composite, using different measurement techniques, provides a valuable basis for targeting applications but also for feeding calculation software.
Ce travail porte sur la conception et la prédication des propriétés thermo-physiques de matériaux composites avec changement de phase. Nous avons étudié, dans un premier temps, l’évolution des propriétés thermiques des échantillons tri-phasiques à base de SEBS, PEBD en fonction de la fraction massique de l’hexadécane, et dans un deuxième temps, l’influence de la fraction massique du mélange (SEBS/PEBD). La détermination simultanée des propriétés thermiques (capacité calorifique, diffusivité, conductivité thermique) de ces matériaux a été effectuée par deux méthodes en utilisant le hot disk et un nouveau banc de mesure développé au Laboratoire CERTES (UPEC). L’étude de la cinétique de stockage/déstockage de l'énergie thermique de ces échantillons a été effectuée en fonction de la fraction massique de l’hexadécane. Des échantillons à base de graphie expansé, SEBS, PEBD et l’hexadécane ont été fabriqués et analysés. L’intensification du transfert de chaleur en fonction de la fraction massique de graphite expansé a été exploitée. En fin, l’étude de l’efficacité énergétique de chaque composite, en utilisant différentes techniques de mesure, fournie une base précieuse pour cibler les applications mais également pour alimenter les codes de calculs.