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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Présentation
Autres types d’échangeurs4. Échangeurs avec un fluide changeant de phase
L’un des deux fluides peut subir un changement de phase à l’intérieur de l’échangeur. C’est le cas des évaporateurs si le fluide froid passe de l’état liquide à l’état gazeux, ou des condenseurs si le fluide chaud se condense de l’état de vapeur à l’état liquide. Les différents types d’évaporateurs et de condenseurs recoupent la classification générale des échangeurs ; nous décrirons donc les évaporateurs et condenseurs tubulaires et les évaporateurs et condenseurs à plaques.
4.1 Évaporateurs tubulaires
Ces appareils sont généralement utilisés pour concentrer une solution, refroidir un fluide, ou produire de la vapeur. Le fluide chauffant peut être une phase liquide qui transmet sa chaleur sensible ou de la vapeur cédant sa chaleur latente de condensation sur la paroi.
Il existe deux types d’évaporateurs, ceux où l’évaporation se produit à l’intérieur des tubes et ceux où elle se produit à l’extérieur des tubes.
HAUT DE PAGE4.1.1 Évaporateurs à l’intérieur de tubes
On distingue les évaporateurs à tubes verticaux et ceux à tubes horizontaux.
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Évaporations à tubes verticaux
Ces appareils sont utilisés pour concentrer une solution, fournir de la vapeur nécessaire au réchauffement d’un fluide à distiller (rebouilleurs à colonnes) ou comme évaporateurs cristallisateurs. Les tubes sont généralement chauffés extérieurement par de la vapeur qui se condense.
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Évaporateurs à tubes courts (figure 23a ) : la longueur des tubes ne dépasse pas 3 m et leur diamètre est compris entre 20 et 60 mm. Le fluide circule du centre du faisceau vers les tubes périphériques généralement en circulation forcée ; les tubes sont alimentés de bas en haut. On dispose un séparateur de gouttelettes à la sortie de la vapeur et on choisit une surface de dégagement importante pour limiter l’entraînement des gouttelettes. Le séparateur peut être intégré au corps de l’évaporateur. Si...
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