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1 BLAbla Les changeurs Thermiques E. Rouland GSI-M1 -2011-20122 R f rences

1 BLAbla Les changeurs Thermiques E. Rouland GSI-M1 -2011-20122 R f rences # A. LEONTIEV, Th orie des changes de chaleur et de masse dition Mir-Moscou # J.F. SACADURA Initiation aux transferts thermiques - Technique et Documentation Paris # H.W. MAC ADDAMS La transmission de la chaleur - Dunod - Paris # F. P. INCROPERA, D. P. DEWITT - Fundamentals of Heat and Mass Transfer - Wiley, N.Y. - 2002 # A. BONTEMPS, A. GARRIGUE, C. GOUBIER, J. HUETZ, C. MARVILLET, P. MERCIER et R. VIDIL changeur de chaleur Technique de l Ing nieur, Trait G nie nerg tique # YVES JANNOT, professeur au LEPT-ENSAM de Bordeaux, transfert thermique3 Sommaire I. G n ralit 1. Quadrip le thermique 2. Hypoth se de fonctionnement 3. Principaux types d changeurs thermiques II. valuation des performances thermiques d un changeur 1. Distribution de temp rature dans un changeur double tube 2. tude d un changeur 3. M thode de la diff rence logarithmique des temp ratures 4. valuation du coefficient d change global III. Efficacit d un changeur 1. D finition 2. Calcul de l efficacit 3. M thode du nombre d unit s de transfert NUT IV. Les changeurs faisceaux complexes 1. G n ralit s 2. changeurs 1-2 3. changeurs 2-4 4. changeurs courant crois 5. changeurs plaques 6. changeurs frigorifiques4 I.G n ralit s 1. Quadrip le thermique 2. Hypoth se de fonctionnement 3. Principaux types d changeurs thermiques5 I.1 Quadrip le thermique Def. Un changeur de chaleur est un appareil destin transmettre la chaleur d un fluide un autre. - aspect thermique pure (Te1, Te2, Ts1 , Ts2) - aspects m caniques (?e1, ?e2 , Qm1,Qm2) Un changeur = quadrip le thermique ? 2 entr es et deux sorties T e1 T e2 T s1 T s2 ?Te E ?Ts T s1 T s2 = M T e1 T e2 Aspect externe : changeur comme quadrip le6 Mesurer les caract ristiques essentielles du fonctionnement de l changeur l un de ces quatre p les, plut t que de faire des mesures forc ment plus d licates l int rieur. Param tres mesurables et mesur s l entr e et la sortie de chacun des deux : > l tat : liquide, gazeux ; > le d bit-masse, constant de l entr e la sortie ; > la temp rature, variable dans l changeur ; > la pression, peu variable. Remarque : On conna t par ailleurs les caract ristiques thermophysiques de chacun des deux fluides et notamment : * la capacit thermique massique (chaleur massique) cp ; * la masse volumique ? ; * la conductivit thermique ? ; * la viscosit ; I.1 Quadrip le thermique Aspect externe : changeur comme quadrip le f(P,T)7 I.1 Quadrip le thermique tude d un changeur > Analyse thermique - surface d change thermique - flux chang - distribution des temp ratures des deux fluides (entr e et sortie) > Analyse hydraulique - pertes de charges dans l appareil > tude m canique - efforts et contraintes (f(T,P, ) > Optimisation conomique pour une puissance transf rer - surface d change faible - vitesse des fluides lev e (pompe) - surface d change grande - vitesse des fluides faible (encombrement)8 I.2 Hypoth ses de fonctionnement R gime permanent (r gime transitoire <=> contraintes m caniques d origine thermique + n fastes (choc thermique)) Caract ristiques des fluides (?, ,?,C) = constantes R f rence T et P moyennes entre l entr e et la sortie de l changeur Le transfert s effectue au travers d une paroi Changement de phase : vaporateurs et condenseurs = transfert de masse Le transfert thermique ne s effectue que par convection et conduction Transfert par rayonnement n gligeable Le flux de chaleur re u par le fluide 1 est int gralement absorb par le fluide 2 changeur adiabatique9 I.3 Principaux types d changeurs thermiques Les changeurs par m lange ou contact direct Fluide intimement m lang - les d surchauffeurs de vapeur - les d gazeurs - les tours de refroidissement convection naturelle ou forc e - les ballons de d tente de purges Les r g n rateurs ou les changeurs discontinus La surface d change est alternativement mise en contact avec le fluide froid et le fluide chaud - r chauffeurs d air rotatifs Les changeurs continus Les deux fluides circulent de mani re continue de part et d autre de la surface d change - changeurs tubulaires - changeurs plaques - changeurs ailettes10 I.3 Principaux types d changeurs thermiques Les changeurs tubulaires Parall le co-courant Parall le contre-courant changeur double tubes liquide - liquide + le plus simple - surface d change importante11 I.3 Principaux types d changeurs thermiques Les changeurs tubulaires changeur faisceaux tubulaires 1. Faisceau tubulaire 2. Enveloppe (calandre) 3. Int rieur tube 4. Chicane 5. Raccord vent 6. Int rieur boite eau 7. Plaque tubulaire 8. Raccord vidange 9. Int rieur enveloppe liquide - liquide + compacit maximum (500 m /m3) + turbulence - pertes de charge importantes12 I.3 Principaux types d changeurs thermiques Les changeurs tubulaires changeur faisceaux tubulaires changeur faisceau tubulaire simple passe changeur faisceau tubulaire deux passages13 I.3 Principaux types d changeurs thermiques Les changeurs plaques liquide - liquide + compacit maximum (500 m /m3) + turbulence - pertes de charge importantes14 I.3 Principaux types d changeurs thermiques Les changeurs compacts ailettes liquide liquide - gaz + compacit maximum (1000 m /m3) - Dimensionnement complexe gaz15 II. valuation des performances thermiques d un changeur 1. Distribution de temp rature dans un changeur 2. tude d un changeur 3. M thode de la diff rence logarithmique des temp ratures 4. valuation du coefficient d change global16 II.1 Distribution de temp rature dans un changeur Tc e Tf e Tf s Tc s Distribution des temp ratures dans un changeur courants parall les co-courant Distribution des temp ratures dans un changeur contre-courant Tc e Tf s Tf e Tc s Tf e Tf e Tc e Tf s Tf e Tc s C f > Cc C c> Cf Echangeur contre -courant favorable pour l change thermique ?T 0 ?T L ?T 1 ?T 2 ?T 1 ?T 217 II.2 tude d un changeur objectif: fournir une puissance donn e avec la plus faible surface d change et le moins de pertes de charge possible tude de l changeur = diff rentes disciplines - thermique - m canique des fluides - technologie des mat riaux - architecture Thermique (r gime permanent) : deux m thodes de calculs : 1. Moyenne Logarithmique de la Diff rence de Temp rature (DTLM) 2. Nombre d Unit s de Transfert (NUT)18 II.3 M thode de la diff rence logarithmique des temp ratures Si T c et Tf sont les temp ratures des deux fluides au droit de l l ment dS de la surface d change. le flux thermique dF chang entre les deux fluides travers dS peut s crire: Tc e Tf e Tf s Tc s Tf e ?T 1 ?T 2 x x+dx dS d = k (T - T ) dS F c f Tf Tc Coefficient d change global (k=k(x)) (W/(m . C)) - change fluides-parois - conduction - change fluides-parois dTc <0 dTf >0 dx l ment uploads/Management/ txxxt.pdf