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).
Le domaine de l’intensification des échangeurs de chaleur a depuis de nombreuses années dépassé le stade du laboratoire et a été largement pris en compte dans les applications industrielles. Nombre d’échangeurs dans des procédés très divers sont équipés de surfaces d’échange (tubes ou plaques) spécialement conçues pour présenter des coefficients d’échange de chaleur élevés et notamment supérieurs à ceux des surfaces d’échange lisses.
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Utilisation des surfaces d’échange à hautes performances4. Intensification des échanges lors de la condensation d’une phase vapeur
Les mécanismes d’échange mis en jeu dans un condenseur sont sensiblement moins complexes que ceux des évaporateurs. Deux modes dominants de condensation sont rencontrés :
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la condensation en gouttes, qui se traduit par la formation de gouttes de condensat sur la paroi froide en contact avec la vapeur : ce mode de condensation se caractérise par des coefficients d’échange très élevés mais ne se rencontre pas dans le fonctionnement normal des appareils ;
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la condensation en film, qui se traduit par la formation d’un film de condensat sur la paroi froide : ce film de condensat s’écoule sur cette paroi du fait de la force de gravité (film tombant ou ruisselant) ou du fait des contraintes interfaciales avec la phase vapeur qui s’écoule avec une vitesse importante. Ce mode de condensation se caractérise par des coefficients d’échange plus médiocres que ceux de la condensation en gouttes : ce résultat s’explique par le fait que, avec des vapeurs pures, la résistance thermique est constituée exclusivement par le film de condensat.
La présence de gaz incondensables engendre une dégradation du coefficient d’échange : pour cette raison, quelle que soit l’application envisagée, l’élimination des incondensables est à privilégier et tout particulièrement lorsque l’on utilise des surfaces à haute performance.
L’intensification en condensation obéit à trois principes :
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un premier principe consiste à favoriser l’assèchement partiel de la paroi. Pour cela, on dispose de divers artifices : des dépôts de faible épaisseur sur la surface pour favoriser la condensation en gouttes, des géométries de surface qui favorisent le drainage du condensat sur des zones particulières de la paroi (tubes cannelés, par exemple) ;
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les deux autres principes sont communs à l’évaporation et à la condensation : ce sont l’utilisation d’ailettes et l’utilisation de promoteurs de turbulence dans le film de condensat : rugosité de paroi, par exemple.
4.1 Tubes cannelés
Ces tubes présentent des cannelures longitudinales qui, dans le cas des tubes verticaux (figure 14a ), drainent le condensat en fond de cannelures. Le sommet est ainsi dégagé du condensat et travaille dans de bonnes conditions car l’épaisseur...
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