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
-
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
-
Description des échangeurs
-
Dimensionnement thermique
-
Intensification des échanges thermiques
-
Problèmes de fonctionnement.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Thermique pour l’industrie
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Architecture générale de l’échangeur1. Définitions de l’échangeur élémentaire
1.1 Aspect externe : échangeur comme quadripôle
Vu de l’extérieur, un échangeur se présente comme une boîte noire pourvue, comme un quadripôle électrique, de deux entrées et de deux sorties.
Il est bien commode de mesurer les caractéristiques essentielles du fonctionnement de l’échangeur à l’un de ces quatre pôles, plutôt que de faire des mesures forcément plus délicates à l’intérieur.
C’est ainsi que nous établirons pour chacun des fluides 1 ou 2 des paramètres mesurables et mesurés à l’entrée et à la sortie de chacun des deux :
-
l’état : liquide, gazeux ;
-
le débit-masse, constant de l’entrée à la sortie ;
-
la température, variable dans l’échangeur ;
-
la pression, peu variable.
Il est entendu que l’on connaît par ailleurs les caractéristiques thermophysiques de chacun des deux fluides et notamment :
-
la capacité thermique massique (chaleur massique) cp ;
-
la masse volumique ρ ;
-
la conductivité thermique λ ;
-
la viscosité µ ;
ainsi que les lois de variation avec la pression, et surtout avec la température, de ces différents paramètres.
Pour les fluides cp , µ et λ varient peu avec la pression p (pas du tout pour un gaz parfait). En revanche, les variations avec la température T sont souvent d’une grande amplitude.
Par ailleurs, et comme les différents paramètres qui gouvernent le fonctionnement de l’échangeur ont aux entrées-sorties des valeurs privilégiées parce que aisément mesurables, une théorie du fonctionnement interne visera donc à calculer pour chacun des fluides les paramètres essentiels de l’évolution en fonction précisément des valeurs aux entrées-sorties.
Le schéma de principe (figure 1) serait cependant fort incomplet s’il n’y était adjoint, extérieurement au quadripôle, deux pompes (ou ventilateurs) destinées à mettre en mouvement les fluides 1 et 2 à l’intérieur de l’échangeur, en générant pour chacun des fluides entre l’entrée et la sortie une différence de pression égale...
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