Méthodes de réseaux : étude de la distribution

1.1 - Problème thermohydraulique
1.2 - Logique de la phase de dimensionnement
1.3 - Principe de calcul thermique d’un échangeur
1.4 - Méthodes de calcul analytique ou numérique

2 - MÉTHODES DE CALCUL ANALYTIQUE

2.1 - Principes de calcul
2.2 - Méthode du DTML
2.3 - Méthode du NUT

3 - MÉTHODES DE CALCUL NUMÉRIQUE

3.1 - Méthode des volumes finis
3.2 - Méthode du diagramme température‐enthalpie

4 - MÉTHODES DE RÉSEAUX : ÉTUDE DE LA DISTRIBUTION

4.1 - Méthode de réseaux pour les échangeurs à plaques et joints
4.2 - Autre exemple

5 - MÉTHODES THERMOHYDRAULIQUES MULTIDIMENSIONNELLES

5.1 - Quelques particularités des problèmes liés aux échangeurs
5.2 - Logiciel TRIO
5.3 - Conclusion

Présentation

Auteur(s)

André BONTEMPS : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
Alain GARRIGUE : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
Charles GOUBIER : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
Jacques HUETZ : Directeur de Recherche émérite au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), - Professeur à l’École Centrale de Paris
Christophe MARVILLET : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
Pierre MERCIER : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
Roland VIDIL : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble.

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INTRODUCTION

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 ;
Échangeurs de chaleur- Description des échangeurs Description des échangeurs ;
[B 2 342] Dimensionnement thermique ;
Échangeurs de chaleur- Intensification des échanges thermiques Intensification des échanges thermiques ;
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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-b2342

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Méthodes thermohydrauliques multidimensionnelles

4. Méthodes de réseaux : étude de la distribution

L’approche conventionnelle pour le dimensionnement thermique d’échangeurs de chaleur prendra comme hypothèse une distribution uniforme du fluide dans les différents canaux ; par exemple, tous les tubes d’un échangeur tubulaire sont supposés alimentés avec des débits égaux, cette équirépartition étant supposée également valable en régime diphasique, ainsi que dans un échangeur multipasse.

Il est certain que la mauvaise distribution peut détériorer considérablement les performances thermiques et surtout hydrauliques d’un appareil ; Mueller et Chiou ont passé en revue diverses causes de mauvaise distribution, ainsi que leurs effets dans différents types d’échangeurs.

Dans le domaine des échangeurs à plaques et joints, de nombreuses études ont permis de connaître les performances des canaux corrugués, en mesurant leurs caractéristiques hydrauliques et thermiques [Focke et coll., Hugonnot]. Mais très peu d’études [Edwards et coll., Bassiouny et Martin] se sont intéressées à la distribution de l’écoulement et à son impact sur les performances globales. Les effets de bord et d’arrangement entre passes ont été étudiés sous l’aspect de l’efficacité thermique [Kandlikar et Shah].

Présentons dans ce paragraphe une méthode du type réseau hydraulique. Son application aux échangeurs à plaques et joints est présentée dans ses grandes lignes : la méthode permet d’identifier chaque canal indépendamment de ses voisins, pour calculer la proportion de débit qui y circule, et analyser l’impact sur les performances globales de l’appareil.

4.1 Méthode de réseaux pour les échangeurs à plaques et joints

Dans le domaine des échangeurs à plaques et joints, l’égalité des débits entre les différents canaux est gouvernée par la différence des profils de pression le long des collecteurs ; c’est par ceux‐ci qu’est distribué, puis restitué, le fluide. Les différences de pression dans ces collecteurs dépendent principalement de deux facteurs : le frottement et aussi la variation de quantité de mouvement, par perte ou gain de débit lors des connexions avec les canaux.

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