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ETUDE THERMIQUE ET DIMENSIONNEMENT D’UN CONDENSEUR A AIR 06/29/2013 Présenter p

ETUDE THERMIQUE ET DIMENSIONNEMENT D’UN CONDENSEUR A AIR 06/29/2013 Présenter par: CHAACHOUA Madani. INTRODUCTION L’augmentation du prix de la consommation d’énergie notamment l’énergie thermique est reliée à la demande excessive sur l’énergie elle-même, et quelque soit sa nature fossile ou renouvelable, produite ou recueillie, l’utilisation d’un échangeur de chaleur est indispensable. Les échangeurs de chaleurs (évaporateurs, condenseurs…, etc.) sont des éléments très important dans une installation frigorifique, et le succès final de cette installation dépend largement de la bonne étude, conception et réalisation de ces échangeurs. En effet, le fait de disposer d’un échangeur de chaleur bien adapté, bien dimensionné, bien réalisé et bien utilisé donne un bon rendement et permet un gain d’énergie. Plan de travail Chapitre I : ANALYSE DU TRANSFERT DE CHALEUR Chapitre II : ETUDE ET RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE Chapitre III : SIMULATION DU FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR Chapitre IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS Conclusion CHAPITRE I : ANALYSE DU TRANSFERT DE CHALEUR Chapitre I ANALYSE DU TRANSFERT DE CHALEUR A une pression donnée la température d’un corps reste constante aussi longtemps que dure le changement d’état. Les changements de phase qui peuvent être rencontrés sont présentés dans la Courbes de changement d’états d’un corps pur 1 - Modes de transfert thermique: Le transfert thermique c’est la transmission de l’énergie d’une région à une autre sous l’influence d’une différance de température. Il existe trois modes de transmission : 2 - Transfert de chaleur lors de la condensation: 3. le rayonnement 1. la conduction 2. la convection Chapitre I ANALYSE DU TRANSFERT DE CHALEUR Fig. I.01 - Courbes de changement d’états d’un corps pur la condensation de la vapeur sur une paroi refroidie donne naissance à deux types de phénomènes qui se caractérisent par l’aspect visuel du condensât formé. • Dans le premier cas le condensât recouvre la surface sous la forme d’un film continu et on parle de • Dans le second cas les gouttelettes liquides se forment sur la surface et on parle de Condensation en gouttes Condensation en film Chapitre I ANALYSE DU TRANSFERT DE CHALEUR L’échange thermique lors de la condensation en gouttes est plus élevé que celui pour la condensation en film, mais la condensation en gouttes est difficile à maintenir sur un long terme. 3-Condensation en film à l’intérieur des tubes verticaux 1 - Condensation en film à l’extérieur des tubes verticaux 2-Condensation en film à l’extérieur des tubes horizontaux 4-Condensation en film à l’intérieur des tubes horizontaux Chapitre I ANALYSE DU TRANSFERT DE CHALEUR Et on peut distinguer quatre types de condensation en film CHAPITRE II : ETUDE ET RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE Chapitre II ETUDE ET RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE 1-État de l’art sur les phénomènes de condensation Dans cette étude on se base sur les travaux théoriques et expérimentaux relatifs aux calculs des coefficients de transfert de chaleur lors de la condensation. 1-1- Condensation à l’extérieur des tubes verticaux NUSSELT a établi en 1916, les relations théoriques pour le calcul des coefficients d’échanges de chaleur, dans le cas de la condensation des vapeurs pures en couche mince, sur des tubes ou sur des plaques. Et il a montré que la conductance par unité de surface, décroît lorsque la distance compté à partir du sommet de la plaque ou tube, et par conséquent l’épaisseur du film augmente. Il a aussi remarqué qu’une augmentation de la différence de température entraîne une diminution de la conductance par unité de surface. Nusselt est le premier auteur qui a donné les formules qui permet le calcul du coefficient d’échange moyen. 1-2 Condensation à l’extérieur des tubes horizontaux Le coefficient moyen d'échange thermique lors de la condensation d'une vapeur stagnante sur un cylindre lisse de diamètre D suivant la théorie de NUSSELT-ROHSENOW est donné par : 1-3 Condensation à l’intérieur des tubes verticaux : Chapitre II ETUDE ET RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE CHATO a développé aussi une corrélation qui permet de calculer le coefficient de transfert de chaleur lors la condensation à l’intérieur des tubes horizontaux : 1-4 Condensation à l’intérieur des tubes horizontaux : BORISHANSKI et AL ont proposé la formule suivante pour le coefficient d'échange moyen (h m)lors de la condensation complète de la vapeur d'eau à l'intérieur d'un tube verticale : 2 - Les condenseurs 1 - La désurchauffe des vapeurs de fluide frigorigène (tronçon 1–2) 2 - La condensation des vapeurs (tronçon 2.3) 3 - Le sous refroidissement du fluide frigorigène liquide (tronçon 3-4) 2 -1 Principe général d’un condenseur : Chapitre II ETUDE ET RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE L’évacuation de la chaleur dans un condenseur s’effectue en trois étapes Fig.II.01 - Evacuation de la chaleur d’un condenseur Le principe le plus général consiste à faire circuler deux fluides à travers des conduits qui les mettent en contact thermique. 2-2 Les condenseurs à air 1 Condenseur à circulation d’air naturelle 2 Condenseur à circulation d’air forcée : 2.2 Condenseurs à air à convection forcée horizontaux 2.3 Condenseurs à air à convection forcée verticaux Chapitre II ETUDE ET RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE Fig. II.03 - Condenseur à air a convection forcée horizontale Fig.II.04 - Condenseur à air a convection forcée vertical CHAPITRE III : SIMULATION DU FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR 1-Logique de la phase de dimensionnement Chapitre III SIMULATION DU FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR Sélection d’un type de condenseur Choix d’un ensemble de données géométriques Calcul thermique du condenseur Puissance, pertes de pression acceptables Coût du condenseur Calcul mécanique Modification des Paramètres de conception Oui Non Deux types de calcul thermique sont envisageables pour la caractérisation de l’échangeur Chapitre III SIMULATION DU FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR 2- Méthodes de calculs Pour le calcul d’un condenseur on a des méthodes analytiques et des méthodes numériques 2-1 Méthode analytique : La méthode de NUT : La méthode DMLT Détermination de la température moyenne caractéristique à partir des températures entrée/sortie Calcul du ΔTLM Et du facteur de correctif F ML Φ A FUΔT      1 e1 s1 2 s2 e2 Φ C T -T C T -T   Recherche de la surface : Calcul de la puissance échangée : Estimation des températures TS1 et TS2 Calcul du coefficient d’échange global K Détermination du NUT et de l’efficacité Calcul des températures sortie TS1etTS2 Itération  3-Calcul Fortran 3-1 Présentation du programme Le programme de calcul est constitué d’un programme principal et d’un sous programme. Le programme principal fait appel au sous programme 3.1.1 Le sous-programme : Condenseur à air: il concerne le dimensionnement du condenseur refroidi à air Quand l’un de ce sous-programme est appelé, il demande à l’utilisateur de faire entrer les données géométriques et physiques indiquées pour le condenseur concerné. Après avoir entré toutes les données, le programme va faire tous les calculs et ensuite il va présenter les résultats sous forme d’un tableau. Chapitre III SIMULATION DU FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR 2-2 Méthodes numériques Elles essaient d’améliorer la précision du calcul en décomposant les phénomènes physiques mis en jeu, et en prenant en compte la nature de l’écoulement, telles que la méthode des volumes finis. Chapitre IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS • Dans ce chapitre, les résultats de calcul, les commentaires et les analyses nécessaires sont présentés sous formes graphiques. • L’étude de l’ influences de la température d’entrée de fluides de refroidissement, de l’échauffement de fluide de refroidissement, du pincement, de la vitesse du fluide de refroidissement sur la surface d’échange, les coefficients d’échange global et local , l’efficacité du condenseur, en utilisent deux fluides frigorigènes différents (R22, R134a) et le fluide de refroidissement (air) ce qui permet de faire une comparaison entre ces deux fluides. Chapitre IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS Courbes et discussions Fig.IV.01 - Surface d’échange en fonction de la température d’entrée de l’air Fig.IV.02 - Surface d’échange en fonction de l’échauffement de l’air Fig.IV.03 - Surface d’échange du condenseur à air en fonction du pincement Chapitre IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS Analyse des courbes : Il est clair dans la figure que l’influence du pincement sur la surface d’échange est la plus importante, car elle à une pente descendante importante, grâce à la grande influence du pincement sur DTLM et par conséquent sur la surface, puis l’influence de l’échauffement qui a aussi une pente descendante, par contre l’influence de la température d’entrée du fluide de refroidissement à une pente montante On remarque aussi que l’utilisation de fluide frigorigène (R134a) donne des surfaces moins encombrantes. Contrairement au R22 qui donne une grande surface, due à ses propriétés physiques élevées Fig.IV.04 - Coefficient d’échange global en fonction de la température d’entrée de l’air Fig. IV.05 - Coefficient d’échange global en fonction de l’échauffement de l’air Fig.IV.06 - Coefficient d’échange global en fonction du pincement Chapitre IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS On remarque dans les figures que l’influence du pincement sur le coefficient d’échange est la plus importante, car elle à une pente descendante importante, grâce à la grande influence du pincement sur DTLM et par conséquent sur le coefficient d’échange global, puis l’influence de l’échauffement, de la température d’entrée qui a aussi une pente descendante L’utilisation de différents fluides frigorigènes (R22, R134a) donne des résultats différents , R22 qui donne uploads/Finance/condenseur-a-air.pdf