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Singer Farah

Influence of the nonlocal effects on the near-field radiative heat transfer

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Index

École doctorale :

  • SIMMEA - Sciences et ingénierie en matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique

UFR ou institut :

  • Ecole nationale supérieure d'ingénieurs de Poitiers (ENSIP)

Secteur de recherche :

  • Énergie, thermique, combustion

Section CNU :

  • Énergétique, génie des procédés

Résumé

  • Français
  • English
 

Français

Influence des effets non locaux sur le transfert de chaleur par rayonnement en champ proche

Dans ce mémoire de thèse, nous étudions la validité de quelques modèles non locaux de la permittivité diélectrique (PD) dans le calcul du coefficient de transfert de chaleur par rayonnement (CTCR) entre deux matériaux diélectriques, semi- infinies, plans et parallèles, et séparés par un espace vide de largeur d. Dans les études théoriques antérieures, il a été montré que lorsque l'on considère un modèle local de la PD, le transfert de chaleur par rayonnement en champ proche (TCRCP) suit une loi 1/d² quand d devient de l'ordre ou inférieure à quelques centaines de nanomètres. Cette divergence non physique constitue la faille majeure du modèle local. Plusieurs efforts ont été fournis afin de développer un nouveau modèle de la PD qui tient compte des effets nonlocaux. Aucune correction non locale pour le TCRCP n’a été abordée dans le passé dans le cas des diélectriques. Cependant dans le cas des métaux, un travail complet a été effectué en utilisant le modèle non local de Lindhard-Mermin de la PD. Nos travaux portent sur l'étude de quatre modèles différents de la PD nonlocale. Nous exploitons ces modèles pour le calcul du CTCR entre deux plans de 6H-SiC. Nous montrons que le CTCR sature quand d tend vers zéro. La distance du début de saturation dépend grandement des paramètres clés de chaque modèle.

Mots-clés libres : Énergie thermique, transfert radiatif de chaleur, permittivité diélectrique, effets non locaux, SiC, Si.

    Rameau (langage normalisé) :
  • Chaleur -- Stockage
  • Thermocinétique
  • Permittivité
  • Susceptibilité diélectrique
  • Carbure de silicium

English

Influence of the nonlocal effects on the near-field radiative heat transfer

In this thesis, we study the validity of few nonlocal models of the dielectric permittivity in the calculation of the radiative heat transfer coefficient (RHTC) between two semi-infinite parallel dielectric planes separated by a vacuum gap of width d. In past theoretical studies, it has been shown that upon considering a local model of the dielectric permittivity, near field radiative heat transfer (NFRHT) between two dielectric materials follows a 1/d2 law when d is of the order or less than few hundreds of nanometers. This nonphysical diverging increase has been the bottleneck of the local model. Overwhelming efforts have been deployed in order to come up with a new model in which the nonlocal effects of the dielectric permittivity are taken into account. To the best of our knowledge, no nonlocal correction to the NFRHT has been addressed in the past in the case of dielectrics. In the case of metals however, an important and complete work has been performed using the Lindhard-Mermin nonlocal dielectric permittivity model. Our work focuses on studying four different nonlocal models of the dielectric permittivity and on using them in the calculation of the RHTC between two solid semi-infinite parallel planes of 6H-SiC. We show that the RHTC saturates as the separation distance d tend to zero. The distance at which saturation starts to take place depends on key parameters involved in each model.

Keywords : Thermal energy, radiative heat transfer, dielectric permittivity, nonlocal effects, SiC, Si.

Notice

Diplôme :
Doctorat d'Université
Établissement de soutenance :
Université de Poitiers
UFR, institut ou école :
Ecole nationale supérieure d'ingénieurs de Poitiers (ENSIP)
Laboratoire :
Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers - IC2MP
Domaine de recherche :
Energétique, thermique, combustion
Directeur(s) de thèse :
Karl Joulain, Younès Ezzahri
Date de soutenance :
19 décembre 2014
Président du jury :
Sebastian Volz
Rapporteurs :
Philippe Ben Abdallah, Rodolphe Vaillon
Membres du jury :
Karl Joulain, Younès Ezzahri, Pierre-Olivier Chapuis

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