Présentation
Auteur(s)
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Charles GOUBIER : Université Joseph Fourier, Institut Universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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Jacques HUETZ : Directeur de Recherche émérite au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) - Professeur à l’École Centrale de Paris
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Pierre MERCIER
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Roland VIDIL : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
Tous ces auteurs font partie du Groupement pour la Recherche sur les Échangeurs Thermiques (GRETh)
L’échangeur d’énergie thermique est un des instruments clé du thermicien ou de l’énergéticien, que son but soit la fabrication d’un produit dont l’élaboration passe par un ensemble de cycles où varient température et pression ou qu’il s’agisse de production d’énergie mécanique (ou électrique) à partir de l’énergie thermique. Essentiellement, un fluide chaud circule depuis une entrée de l’échangeur jusqu’à sa sortie en transférant une partie de son enthalpie à un fluide froid qui lui aussi circule entre une entrée et une sortie distinctes de celles du fluide chaud.
L’ensemble Échangeurs de chaleur fait l’objet de plusieurs articles :
-
Échangeurs de chaleur- Définitions et architecture générale Définitions et architecture générale
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Description des échangeurs
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Dimensionnement thermique
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Intensification des échanges thermiques
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Problèmes de fonctionnement.
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Définitions de l’échangeur élémentaire4. Conclusion et prospectives
Le domaine de ce que l’on appelle échangeur devait d’abord être défini et circonscrit. Cet appareillage relève du traitement classique où apparaissent les notions de DTML, de débit de capacité, de stationnarité, d’efficacité, de NUT, de coefficient d’échange global K sans oublier les pertes de pression mécaniques, à compenser par un « moteur » quelconque. L’augmentation du transfert thermique s’accompagne en effet inéluctablement d’une croissance des frottements visqueux générateurs des chutes de pression.
L’exploitation du schéma ici développé sera donnée dans l’article Dimensionnement thermique (tant analytique que numérique). Elle s’adapte bien à tous les fluides monophasiques quelle que soit la nature de ces fluides et de la paroi commune. Le choix de la nature de cette dernière est dicté par des considérations technologiques : pression, corrosion, vibrations, mouillabilité, compatibilité biologique, sans oublier bien sûr épaisseur et conductivité thermique. Quant aux fluides, il reste entendu qu’ils sont newtoniens et complètement transparents ou complètement opaques en regard des longueurs d’onde des émissions radiatives qui peuvent intervenir de manière énergétiquement notable.
En fait, le traitement classique est mal adapté à la prise en compte des transferts radiatifs et, comme tout ce qui pose des difficultés, il y a, à leur égard, une tendance excessive à les considérer comme négligeables. Il est vrai qu’ils n’interviennent substantiellement, pour des particules solides transportées par les fluides non opaques par exemple, qu’à des températures assez élevées. Mais cet effet radiatif est à comptabiliser pour des gaz, même sans particules, s’ils sont actifs dans l’infrarouge : l’air ne l’est pas ; CO2 , CO, H2O le sont et sont tous présents dans les fumées de combustion, qui constituent très souvent le fluide chaud des échangeurs insérés dans un ensemble de production d’énergie. Le développement actuel des techniques de suroxygénation renforce encore cet effet en diminuant la proportion relative d’azote, inactif en infrarouge.
Si la prise en compte des processus couplés convecto-radiatifs est malaisée, l’extension de la théorie des échangeurs aux écoulements diphasiques l’est moins....
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