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)
-
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 ;
-
[B 2 342] Dimensionnement thermique ;
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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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Phase de dimensionnement thermique5. Méthodes thermohydrauliques multidimensionnelles
Les méthodes de dimensionnement thermique exposées ci‐avant sont toujours très employées dans l’industrie des échangeurs de chaleur, car elles fournissent la base d’outils de calculs simples et rapides d’exécution, qui approchent le résultat avec une bonne précision.
Afin d’améliorer la qualité des appareils et de prolonger leur durée de fonctionnement, il apparaît nécessaire d’accéder à des informations détaillées et crédibles concernant :
-
l’efficacité de l’échangeur ;
-
les chargements thermiques des structures de l’échangeur : faisceau de tubes, plaques tubulaires, viroles, etc.
Avec le développement de modèles thermohydrauliques, il devient désormais possible de prédire les détails de l’écoulement et du transfert de chaleur ; cette représentation est très réaliste, car elle tient compte de la géométrie réelle à caractère multidimensionnel. Notons que ces méthodes ont été initialement développées pour l’industrie nucléaire et sont en passe actuellement d’être plus largement utilisées dans toute l’industrie.
5.1 Quelques particularités des problèmes liés aux échangeurs
L’étude de problèmes industriels dans le domaine des échangeurs thermiques présente quelques particularités : il convient de tenir compte, afin de rendre les modèles thermohydrauliques applicables et performants :
-
d’une représentation tridimensionnelle réelle ;
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d’une grande complexité géométrique liée à deux aspects des échangeurs industriels : d’une part, la présence de zones dites chargées, comme les faisceaux de tubes et, d’autre part, l’existence de parois perturbant l’écoulement, telles que chicanes ou déflecteurs ;
-
d’un grand nombre de Reynolds lié à la recherche d’une meilleure efficacité ;
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de la nécessité d’avoir recours à des lois de frottement et d’échange thermique avec les tubes, en raison de la taille impotante des volumes d’intégration par rapport à l’échelle physique des phénomènes locaux.
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