Présentation
Auteur(s)
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André BONTEMPS : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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Alain GARRIGUE : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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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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Christophe MARVILLET : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Pierre MERCIER : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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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’ensemble Échangeurs de chaleur fait l’objet de plusieurs articles :
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Échangeurs de chaleur- Définitions et architecture générale Généralités
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[B 2 341] Description des échangeurs
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Échangeurs de chaleur- Dimensionnement thermique Dimensionnement thermique
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Échangeurs de chaleur- Intensification des échanges thermiques Intensification des échanges thermiques
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Échangeurs de chaleur- Problèmes de fonctionnement Problèmes de fonctionnement.
ainsi que d’un tableau de notations et symboles en tête et d’une documentation en fin, communs à cet ensemble.
Dans les sociétés industrielles, l’échangeur de chaleur est un élément essentiel de toute politique de maîtrise de l’énergie. Une grande part (90 %) de l’énergie thermique utilisée dans les procédés industriels transite au moins une fois par un échangeur de chaleur, aussi bien dans les procédés eux-mêmes que dans les systèmes de récupération de l’énergie thermique de ces procédés. On les utilise principalement dans les secteurs de l’industrie (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agroalimentaire, production d’énergie, etc.), du transport (automobile, aéronautique), mais aussi dans le secteur résidentiel et tertiaire (chauffage, climatisation, etc.). Le choix d’un échangeur de chaleur, pour une application donnée, dépend de nombreux paramètres : domaine de température et de pression des fluides, propriétés physiques et agressivité de ces fluides, maintenance et encombrement. Il est évident que le fait de disposer d’un échangeur bien adapté, bien dimensionné, bien réalisé et bien utilisé permet un gain de rendement et d’énergie des procédés.
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Échangeurs tubulaires1. Critères de classement des échangeurs
Il existe plusieurs critères de classement des différents types d’échangeurs. Énumérons les principaux.
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Classement technologique
Les principaux types d’échangeurs rencontrés sont les suivants :
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à tubes : monotubes, coaxiaux ou multitubulaires ;
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à plaques : à surface primaire ou à surface secondaire ;
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autres types : contact direct, à caloducs ou à lit fluidisé.
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Classement suivant le mode de transfert de chaleur
Les trois modes de transfert de chaleur (conduction, convection, rayonnement) sont couplés dans la plupart des applications (chambre de combustion, récupération sur les fumées, etc.) ; il y a souvent un mode de transfert prédominant. Pour tout échangeur avec transfert de chaleur à travers une paroi, la conduction intervient.
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Classement suivant le procédé de transfert de chaleur
Suivant qu’il y a ou non stockage de chaleur, on définit un fonctionnement en récupérateur ou en régénérateur de chaleur :
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transfert sans stockage, donc en récupérateur, avec 2 ou n passages et un écoulement en général continu ;
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transfert avec stockage, donc en régénérateur, avec un seul passage et un écoulement intermittent, la matrice de stockage étant statique ou dynamique.
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Classement fonctionnel
Le passage des fluides dans l’échangeur peut s’effectuer avec ou sans changement de phase ; suivant le cas, on dit que l’on a un écoulement monophasique ou diphasique. On rencontre alors les différents cas suivants :
-
les deux fluides ont un écoulement monophasique ;
-
un seul fluide a un écoulement avec changement de phase, cas des évaporateurs ou des condenseurs ;
-
les deux fluides ont un écoulement avec changement de phase, cas des évapocondenseurs.
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Classement suivant la compacité de l’échangeur
La compacité est définie par le rapport de l’aire de la surface d’échange au volume de l’échangeur. R.K. Shah propose qu’un échangeur soit considéré comme compact si sa compacité...
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