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République Algérienne Démocratique et Populaire الجمهورية الجزائرية الديمو قراط

République Algérienne Démocratique et Populaire الجمهورية الجزائرية الديمو قراطية الشعبية Ministère de L’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique وزارة التعليم العالي و البحث العلمي Université Blida 1 جامعة البليدة1 Faculté de Technologie كلية التكنولوجيا Département de Génie Mécanique قسم الهندسة الميكانيكية Spécialité Optimisation des Systèmes Energétiques تخصص فعالية االنظمة الطاقوية Mémoire de Fin d’Etudes pour l’Obtention du Diplôme de Master Thème : Conception d’un Outil D’aide à la Décision pour le Conception d’un Outil D’aide à la Décision pour le Choix et le Dimensionnement d’Un Echangeur de Choix et le Dimensionnement d’Un Echangeur de Chaleur Chaleur Fait par : Bougrine Aicha Encadré par : Dr N.Khelalfa (Université Blida 1) Pr T.Benabdellah (ENP Oran) Promotion : 2016-2017 ملخص المبادالت الحرارية هي االداة االساسية الستعادة وتحويل الطاقة في الصناعات. اثناء القيام بعملية التحجيم، تقابلنا مشكلة االختيار التكنولوجية و ذلك بسبب تنوع المبادالت الحرارية. تقوم دراستنا على انشاء أداة للمساعدة في القرار ال ت ت ي سهل االختيار والتحجيم و التي تستند على طريقة التفعيلTabou . برنامج اداة للمساعدة (Decision Support System) DSS تم تطويره وتقديمه عبر واجهة رسومية و التي تسمح للمستخدم أن يختار المبادل األمثل. : الكلمات المفتاحية مبادل حراري، طريقة Tabou ، االختيار التكنولوجي, .التحجيم Abstract Heat exchangers are key elements for the recovery and conversion of energy in industries. When they are dimensioned, there is the problem of technological choice which manifests itself because of the variety of heat exchangers. Our study is the creation of a decision-making tool that facilitates choice and sizing. This work is based on the Tabou method. A DSS (Decision Support System) is developed and presented in the form of a graphical interface that will allow the user to choose the optimal exchanger. Key words: heat exchanger, Tabou method, technological choice, DSS, sizing. Résumé Les échangeurs thermiques sont des éléments clés pour la récupération et la conversion d’énergie dans les industries. Lors de leurs dimensionnements, on rencontre le problème de choix technologique qui se manifeste à cause de la variété des échangeurs de chaleur. Notre étude est la création d’un outil d’aide à la décision qui facilite le choix et le dimensionnement. Ce travail est basé sur la méthode de Tabou .Un DSS (Decision Support System) est développé et présenté sous forme d’une interface graphique qui permettra à l’utilisateur de choisir l’échangeur optimal. Mots clés : échangeur de chaleur, méthode de tabou, choix technologique, DSS, dimensionnement. Remerciements En premier lieu, nous tenons à remercier notre DIEU, notre créateur pour nous avoir donné la force pour accomplir ce travail. Mes plus sincères remerciements : Aux membres du jury ; qu’ils soient remerciés de nous avoir fait l’honneur de juger notre travail. Je tiens tout d’abord à exprimer ma sincère gratitude à Mme N.KHELALFA et Mr T.BENABDELLAH pour la confiance qu’ils ont bien voulu m’accorder en acceptant de diriger ce mémoire pour la qualité de son encadrement, ses précieuses orientations, sa simplicité et sa patience. Nous voudrions aussi exprimer toute notre gratitude à : Mme : KARADANIZ et Mr : T.MOUSSAOUI pour l’aide qu’ils nous ont apportés. Nos derniers remerciements, vont à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin pour l’aboutissement de ce travail. Dédicace Je dédie ce travail à : A celle qui a inséré le goût de la vie et le sens de la responsabilité….merci MERE . A celui qui a été la source de courage ….merci ISSAM . A la mémoire de mon père qui nous a quitté voilà cinq ans. A ma sœur ZAHRA et mon frère CHOUAIB. Et à toute ma famille. A toutes mes amis de près ou de loin. Sommaire Résumé ........................................................................................................................................ I Remerciements ........................................................................................................................... II Dédicace ................................................................................................................................... III Sommaire ................................................................................................................................... IV Liste des figures ......................................................................................................................... V Liste de tableaux ....................................................................................................................... VI Nomenclature ......................................................................................................................... VII Introduction générale ........................................................................................................... 3 Chapitre I : Généralités Sur les Echangeurs de Chaleur ........................................... 6 I-1 : Définition ............................................................................................................................ 6 I-2 : Principe général de fonctionnement .................................................................................. 6 I-3: Composition d'un échangeur .............................................................................................. 7 I-4 : Les types des échangeurs de chaleur ................................................................................. 7 I-4-1 : La famille tubulaire ............................................................................................. 7 I-4-1-a : L'échangeur monotube ......................................................................... 8 I-4-1-b : L'échangeur coaxial ............................................................................ 8 I-4-1-c : L'échangeur multitubulaire ................................................................ 8 I-4-2 : La famille à plaques ........................................................................................... 9 I-D-2-a : Les échangeurs à plaques et joints ..................................................... 9 I-D-2-b: Les échangeurs à plaques soudées .................................................... 10 I-4-2-c : Les échangeurs de chaleur à plaques brasées .................................. 10 I-5 : Principaux buts et fonctions d’un échangeur de chaleur ................................................ 11 I-6 : Critères de classement des échangeurs ........................................................................... 12 I-F-1 : Type de contact ................................................................................................ 12 I-F-2 : Classement suivant la disposition des écoulements ......................................... 12 I-F-4 : Classement suivant la compacité de l’échangeur ............................................ 13 I-F-4 : Classement suivant la nature du matériau de la paroi d’échange ................... 13 I-F-5 : Classement technologique ................................................................................ 13 I-6-6 : Classement selon le nombre des fluides ........................................................... 13 I-7 : L’encrassement ................................................................................................................ 14 I-G-1 : Définition .......................................................................................................... 14 I-G-2 : Classification d’encrassement ......................................................................... 14 I-G-2-a : Encrassement particulaire ............................................................... 16 I-G-2-b: Corrosion .......................................................................................... 16 I-G-2-c: Entartrage ......................................................................................... 17 I-G-2-d: Encrassement biologique ................................................................... 17 I-G-2-e: Encrassement par réaction chimique ................................................ 18 I-G-2-f: Encrassement par solidification ......................................................... 18 I-7-2-g: Modes combines .................................................................................. 18 Chapitre II: Etat de l’Art ..................................................................................... 21 II-1 : Quelques travaux sur les échangeurs de chaleur .......................................................... 21 Chapitre III : Le Dimensionnement des Echangeurs de Chaleur ........................... 24 III-1: La complexité de dimensionnement des échangeurs de chaleur ................................... 24 III-2 : Les étapes de dimensionnement des échangeurs ........................................................... 25 III-2-1 : Le choix technologique .................................................................................. 26 III-2-2: Le calcul thermique ........................................................................................ 26 III-2-2-a : Le coefficient d’échange global ..................................................... 26 III-2-2-b : La méthode ∆TLM ........................................................................... 31 III-2-2-c : Méthode de NUT .............................................................................. 34 III-2-3: Calcul de la perte de charges .......................................................................... 36 Chapitre IV : La Problématique et la Méthodologie de Résolution ....................... 38 IV-1 : Problématique ............................................................................................................... 38 IV-2 : Méthodologie ................................................................................................................ 38 IV-2-1 : Les critères de choix ...................................................................................... 39 IV-2-1-a : Le domaine d’application ................................................................ 39 IV-2-1-b : La fonction ...................................................................................... 39 IV-2-1-c : La catégorie .................................................................................... 40 IV-2-1-d : La température et la pression ......................................................... 41 IV-2-1-e : Le comportement à l’encrassement ................................................ 41 IV-2-1-f : Le nettoyage ..................................................................................... 41 IV-2-1-g : Les caractéristiques des échangeurs de chaleur ............................ 42 IV-2-2 : Méthodes d’optimisation heuristique ............................................................ 68 IV-2-2-a : Définition ........................................................................................ 68 IV-2-2-b : Méthode de Recherche Tabou ........................................................ 68 IV-2-3 : Les systèmes d’aide à la décision (DSS) ........................................................ 70 IV-2-3-a : Définition ........................................................................................ 70 IV-2-3-b : Algorithme de DSS ......................................................................................... 71 Chapitre V : Guide d’Utilisation de l’Interface Graphique ..................................... 75 V.1 : La description ............................................................................................................................75 V.2 : La Manipulation .............................................................................................................. 76 V.3 : Les résultats ..................................................................................................................... 78 Chapitre VI : Les Résultats des Simulations et Commentaires ................................ 81 VI-1 : La première simulation ................................................................................................. 81 VI-1-1 : Problématique de la centrale de SKH (lieu de mon stage de master) ........... 81 VI-1-2 : Commentaires ................................................................................................ 84 IV-1-3 : Perspectives .................................................................................................... 85 VI-2 : La deuxième simulation ................................................................................................ 86 VI-3 : La troisième simulation ................................................................................................ 87 VI-4 : La quatrième simulation ............................................................................................... 88 VI-5 : La cinquième simulation ............................................................................................... 89 VI-6 : La sixième simulation ................................................................................................... 90 VI-7 : La septième simulation ................................................................................................. 91 VI-8 : Discutions des résultats ................................................................................................. 92 Conclusion générale ........................................................................................................... 94 Références bibliographiques ........................................................................................................ Liste des figures Figure I.1 : Les composants d’un échangeur de chaleur .......................................................... 6 Figure I.2 : La matrice tournante de l’échangeur rotatif ............................................................ 6 Figure I.3 : Un échangeur monotube .......................................................................................... 7 Figure I.4 : Un échangeur coaxial .............................................................................................. 7 Figure I.5 : Un échangeur à tubes séparés .................................................................................. 7 Figure I.6 : Une batterie à ailettes .............................................................................................. 7 Figure I.7 : Un échangeur tubes et calandre ............................................................................... 8 Figure I.8 : Echangeur à plaques et joints (ALFA LAVAL)...................................................... 8 Figure I.9 : Echangeur à plaques soudées (ALFA LAVAL). ..................................................... 9 Figure I.10 : les composants et fonctionnement d’un échangeur à plaques brasées .................. 9 Figure I.11: Echangeur rotatif .................................................................................................. 10 Figure I.12: Echangeur à lit fluidisé ......................................................................................... 10 Figure I.13 : Aéroréfrigérant .................................................................................................... 10 Figure I.14 : classification des échangeurs selon le type de contact ........................................ 12 Figure I.15 : classification des échangeurs selon la configuration de l’écoulement ................ 12 Figure I.16 : classification fonctionnelle des échangeurs ....................................................... 13 Figure I.17 : classification des échangeurs selon la compacité ................................................ 13 Figure I.18 : classification des échangeurs selon la nature de matériau................................... 14 Figure I.19 : classification technologique des échangeurs de chaleur ..................................... 14 Figure I.20 : classification des échangeurs selon le nombre des fluides. ................................. 14 Figure I.21 : La corrosion dans un échangeur industriel .......................................................... 16 Figure I.22 : Entartrage d’un échangeur qui utilise l’eau de mer ............................................. 17 Figure I.23 : encrassement biologique à cause de l’attaque des algues (SKH) ........................ 18 Figure I.24 : Un échangeur a un problème d’encrassement combiné ...................................... 19 Figure III.1 : Logique de la phase de dimensionnement .......................................................... 24 Figure III.2 : schéma montre le flux de chaleur φ transmis dans un tube cylindrique ............. 26 Figure III.3 : Schéma montre la direction des deux fluides pour uploads/Finance/ these-finale1.pdf