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)
Cet article présente les principes utilisés pour effectuer un dimensionnement thermique d’échangeurs de chaleur. Les principales méthodes, qu’elles soient manuelles ou informatisées, sont exposées et illustrées d’exemples.
L’ensemble Échangeurs de chaleur fait l’objet de plusieurs articles :
-
Échangeurs de chaleur- Définitions et architecture générale Généralités ;
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Échangeurs de chaleur- Description des échangeurs Description des échangeurs ;
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[B 2 342] 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.
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Méthodes de réseaux : étude de la distribution3. Méthodes de calcul numérique
Les deux méthodes qui vont être présentées constituent les piliers des méthodes utilisées couramment pour le calcul thermique d’échangeurs. La méthode des volumes finis est plus axée sur la simulation de la performance des échangeurs, alors que la méthode de la courbe enthalpique est plus orientée vers le dimensionnement proprement dit.
On présente les spécificités propres à ces deux méthodes qui toutes les deux donnent une estimation rapide des performances thermiques d’un appareil, avec les principales hypothèses que l’on peut rappeler :
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le régime est supposé permanent, sans variation importante de débit ou de température de l’un des fluides, ou sans répercussion de ces variations sur la stabilité du régime permanent que l’on désire calculer ;
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l’alimentation de l’échangeur est supposée parfaite, c’est-à‐dire qu’une particule entrant dans l’échangeur a une chance égale de passer dans les différents canaux ;
-
ces méthodes sont avant tout des méthodes de calcul thermique ; le calcul hydraulique de l’appareil se résume uniquement à un calcul des pertes de pression de chacun des circuits, en supposant connues les configurations d’écoulement des fluides.
Or, le fonctionnement réel des échangeurs industriels présente souvent des caractéristiques de fonctionnement assez éloignées de ces hypothèses idéales :
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le régime de fonctionnement présente certaines variations dans les paramètres d’entrée comme le débit ou la température de l’un des fluides, ou le changement des caractéristiques physiques d’un fluide. Dans ce cas, on aimerait connaître le temps d’établissement d’un nouveau régime permanent, en réponse à un échelon (de débit ou de température), ou en réponse à des variations couplées quelconques ;
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l’alimentation d’un échangeur subit souvent de graves inhomogénéités de répartition de débit entre les différents canaux (plaque ou tubes), qui entraînent une baisse de rendement thermique de l’appareil ;
-
la configuration d’écoulement est parfois une complète inconnue, et le risque d’effectuer un dimensionnement erroné est alors grand.
L’utilisateur de tout logiciel doit donc...
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