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Échangeurs de chaleur Ti203 - Thermique industrielle Réf. Internet : 42376 | 2n

Échangeurs de chaleur Ti203 - Thermique industrielle Réf. Internet : 42376 | 2nde édition ÉNERGIES Actualisation permanente sur www.techniques-ingenieur.fr Techniques de l’Ingénieur La plus importante ressource documentaire scientifique et technique en français Une information fiable, claire et actualisée Validés par un comité scientifique et mis à jour en permanence sur Internet, les articles Techniques de l’Ingénieur s’adressent à tous les ingénieurs et scientifiques, en poste ou en formation. Outil d’accompagnement de la formation et de la carrière des ingénieurs, les ressources documentaires Techniques de l’Ingénieur constituent le socle commun de connaissances des acteurs de la recherche et de l’industrie. Les meilleurs experts techniques et scientifiques Plus de 200 conseillers scientifiques et 3 500 auteurs, industriels, chercheurs, professeurs collaborent pour faire de Techniques de l’Ingénieur l’éditeur scientifique et technique de référence. 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Internet : 42209 Échangeurs de chaleur Réf. Internet : 42376 Fluides, contrôle et isolation thermiques Réf. Internet : 42595 Michel FEIDT Ingénieur, docteur ès sciences, Professeur à l'Université Henri-Poincaré Nancy 1, Ingénieur physicien de l'Institut national des sciences appliquées de Lyon Christian NGÔ Docteur Gérant d'EDMONIUM • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires Sur www.techniques-ingenieur.fr  Cet ouvrage fait partie de Thermique industrielle (Réf. Internet ti203) dont les experts scientifiques sont : V Les auteurs ayant contribué à cet ouvrage sont : Philippe BANDELIER Pour les articles : BE9516 – BE9518 André BONTEMPS Pour les articles : BE9515 – BE9517 Alain BRICARD Pour l’article : BE9565 Nadia CANEY Pour les articles : BE9516 – BE9518 Patrice CLÉMENT Pour les articles : BE9516 – BE9519 Monica COSTEA Pour l’article : BE9520 Guy DESCHAMPS Pour l’article : BE9542 Michel FEIDT Pour l’article : BE9520 Renaud FEIDT Pour l’article : BE9520 Jean-François FOURMIGUÉ Pour l’article : BE9517 Jean-Antoine GRUSS Pour l’article : BE9516 Philippe MARTY Pour l’article : BE9516 Zoé MINVIELLE Pour les articles : BE9516 – BE9518 Claude ROUSSEL Pour l’article : BE9516 Lounès TADRIST Pour l’article : BE9565 Olivier TERRAL Pour l’article : BE9542 Pascal TERRIEN Pour l’article : BE9542 • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires Sur www.techniques-ingenieur.fr  VI Échangeurs de chaleur (Réf. Internet 42376) SOMMAIRE • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires Sur www.techniques-ingenieur.fr  VII Réf. Internet page Échangeurs de chaleur. Déinitions et principes généraux BE9515 9 Échangeurs de chaleur. Description BE9516 15 Échangeurs de chaleur. Dimensionnement thermique BE9517 21 Échangeurs de chaleur. Intensiication des échanges thermiques BE9518 29 Échangeurs de chaleur. Problèmes de fonctionnement BE9519 35 Échangeurs de chaleur. Fonctionnement en transitoire BE9520 39 Tube à passage de courant. Échangeur électrique BE9542 45 Échangeurs de chaleur à contact direct BE9565 49 • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires Sur www.techniques-ingenieur.fr  Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés BE 9 515 – 1 Échangeurs de chaleur Définitions et principes généraux par André BONTEMPS Professeur émérite Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI) Université Joseph Fourier, Grenoble, France Actualisation de l’article [B 2 340] écrit par BONTEMPS (A.), GARRIGUE (A.) GOUBIER (Ch.), HUETZ (J.), MARVILLET (Ch.), MERCIER (P.), VIDIL (R.) en 1994 et mis à jour par BONTEMPS (A.) en 2013 ’échangeur de chaleur, instrument clé du thermicien ou de l’énergéticien permet de contrôler la température d’un système ou d’un produit en échangeant de la chaleur entre deux milieux. Il est indispensable dans de nombreuses applications courantes, chauffage, climatisation, réfrigération, refroidissement électronique, en génie des procédés, pour le stockage d’énergie ou la production d’énergie mécanique (ou électrique) à partir d’énergie thermique. Dans l’échangeur classique, un fluide chaud transfère une partie de son enthalpie à un fluide froid. Ce type d’échangeur sert de base pour donner les définitions et les paramètres nécessaires à son dimensionnement ainsi qu’à la compréhension des phénomènes. D’autres types d’échangeurs existent qui sont également évoqués. 1. Définitions générales ........................................................................... BE 9 515 - 3 2. Échangeur élémentaire ........................................................................ — 3 2.1 Aspect externe : échangeur comme quadripôle .................................... — 3 2.2 Aspect interne : échange élémentaire..................................................... — 5 3. Architecture générale de l’échangeur............................................. — 9 3.1 Trois principales configurations d’écoulement ...................................... — 9 3.2 Conséquences ........................................................................................... — 9 3.3 Échangeur industriel : combinaison des trois configurations élémentaires .............................................................................................. — 11 4. Relations entre les mesures aux entrées-sorties et le fonctionnement interne ............................................................. — 14 4.1 Hypothèse du coefficient d’échange global K constant......................... — 14 4.2 Grandeurs classiques définissant l’échangeur....................................... — 15 5. Analyse énergétique globale.............................................................. — 19 6. Conclusions et perspectives .............................................................. — 20 Pour en savoir plus ........................................................................................ Doc. BE 9 515 L Ｙｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴｂｅＹＵＱＵｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｪ｡ｮｶｩ･ｲ＠ＲＰＱＴ ÉCHANGEURS DE CHALEUR ___________________________________________________________________________________________________________ Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés BE 9 515 – 2 Notations et symboles Symbole Unité Définition m2 Surface d’échange entre deux fluides : si indicée 1 ou 2, surface d’échange en contact avec les fluides 1 ou 2 respectivement At m2 Section droite de passage d’un fluide (pouvant avoir l’indice 1 et 2) cp J/(kg · K) Capacité thermique massique à pres- sion constante (si indicée 1 ou 2 con- cerne le fluide 1 ou le fluide 2 respectivement) W/K Débit de capacité thermique d’un fluide (anciennement débit calorifique) W/K Débit de capacité thermique du fluide 1 W/K Débit de capacité thermique du fluide 2 CEPE nombre Coefficient d’Évaluation de Performance Énergétique Dh m Diamètre hydraulique DTML K (ou oC) Différence des Températures de mélange Moyenne Logarithmique : e m Épaisseur F nombre Facteur de correction du DTML g m/s2 Accélération gravitationnelle h W/(m2 · K) Coefficient d’échange convectif fluide/paroi H J/kg Enthalpie massique K W/(m2 · K) Coefficient d’échange global L m Longueur de l’échangeur kg/s Débit-masse Nu nombre Nombre de Nusselt NUT nombre Nombre d’unités de transfert : p Pa Pression Pr nombre Nombre de Prandtl Pm m Périmètre mouillé Q J Énergie thermique Qv m3/s Débit-volume m2 · K/W Résistance thermique globale (= 1/K) R nombre Rapport des débits de capacité thermique R = min(R1 , R2) R1 nombre Rapport des débits de capacité thermique R2 nombre Rapport des débits de capacité thermique Re nombre Nombre de Reynolds Re = ρVqDh/µ s m Coordonnée curviligne t s Temps Aℓ ɺ C ɺ mc A V c p t q p = ρ ɺ C1 ɺ C2 DTML T T T T T = ∆ ∆ −∆ ∆ ∆ ML L L 0 0 ln ɺ m NUT K A C = ℓ ɺmin R C C 1 1 2 = ɺ ɺ / R C C 2 2 1 = ɺ ɺ / T K (ou oC) Température locale ; par extension, température de mélange dans une section donnée u, v, w m/s Composantes du vecteur-vitesse en coordonnées orthonormées Vq m/s Vitesse débitante de l’écoulement dans une section donnée (= Qv/At) x nombre Titre de vapeur (rapport entre débit- masse de vapeur et débit-masse total) x, y, z m Coordonnées en repère orthonormé β K–1 Coefficient de dilatation volumique du fluide ∆T K (ou oC) Écart de température ε nombre Efficacité de l’échangeur ε = max (ε1, ε2) = max (∆T1, ∆T2)/∆Tmax ε1 nombre Efficacité calculée côté chaud ε2 nombre Efficacité calculée côté froid θ rad Angle λ W/(m · K) Conductivité thermique Λ nombre Coefficient de frottement ou coefficient de Darcy µ PI = Pa · s Viscosité dynamique ν m2/s Viscosité cinématique (ν = µ/ρ) ξ nombre Facteur de perte de pression ρ kg/m3 Masse volumique τ m3 Volume (dτ volume élémentaire) W/m2 Densité de flux thermique, puissance thermique surfacique Φ W Flux thermique, puissance Indices e entrée ext extérieur f fluide i intérieur linéique L en x = L m mouillé meca mécanique M maximum s sortie t thermique 0 en x = 0 1 concernant le fluide 1 (fluide chaud) 2 concernant le fluide 2 (fluide froid) Notations et symboles (suite) Symbole Unité Définition ɺ ɺ C C T T 1 2 1 1 , max ε = ∆ ∆ / ɺ ɺ uploads/s1/ echangeur-thermique-ti.pdf