Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Alain BRICARD : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers - Ingénieur de Recherche au Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Lounès TADRIST : Docteur ès Sciences Physiques - Directeur de Recherches au Centre National de la Recherche Scientifique - Institut Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels de Marseille
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Lire l’articleINTRODUCTION
À coté des échangeurs de chaleur conventionnels qui assurent un transfert de chaleur au travers d’une paroi matérielle entre deux fluides à des températures différentes, on trouve toute une gamme de dispositifs industriels où la paroi d’échange est supprimée : tours de refroidissement, échangeurs récupérateurs solide-gaz, contacteurs gaz-liquide pour le chauffage d’eau à partir d’effluents gazeux, humidificateurs d’air, condenseurs à bulles et barométriques.... Les échangeurs à contact direct restent cependant assez peu répandus du fait de contraintes intrinsèques et d’une méconnaissance des comportements hydrodynamique et thermique de ces systèmes où interviennent des processus physiques complexes (milieux multiphases en écoulement avec ou sans changement d’état). Il est bien clair que les échangeurs à contact direct ne sont pas une panacée, mais dans certains cas spécifiques ils constituent une alternative intéressante car ils offrent la possibilité de réduire le coût d’investissement et d’accroître les performances d’échange par rapport à un échangeur classique. On présente ici les bases nécessaires à la compréhension et au dimensionnement des échangeurs thermiques fonctionnant sur le principe du contact direct ; mode de transfert de chaleur au demeurant courant dans la nature, puisqu’il intervient, en particulier, dans le cycle de l’eau entre la terre et l’atmosphère par évaporation et condensation, dans la formation de brouillard et de neige dans l’atmosphère, dans la gélification de l’eau des rivières et dans la solidification de la lave, etc...
Pour les notations et symboles, se reporter en fin d’article (p. 29).
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Échange de chaleur à contact direct gaz-solide
En anglais
3. Échange de chaleur à contact direct liquide-liquide
3.1 Mise en œuvre et performances
Les colonnes à pulvérisation ont été surtout utilisées comme échangeur de chaleur en géothermie et pour le dessalement de l’eau de mer afin de s’affranchir du dépôt de tartre sur les parois des échangeurs tubulaires classiques. La figure 11 présente le schéma de principe d’un dispositif de dessalement intégrant deux ECD liquide-liquide :
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l’eau de mer est réchauffée par contact direct avec une huile chaude ;
-
la vapeur produite par autovaporisation dans des chambres de détente est condensée par une pluie d’eau douce venant d’étages plus froids ;
-
l’eau douce est ensuite refroidie par contact direct avec une huile froide.
Le contact intime entre les gouttes liquides (ou les bulles si dispersion liquide-gaz) dans la phase continue liquide n’est possible que dans la mesure où les propriétés de l’interface des deux phases permettent de conserver une structure stable. En pratique, l’écart entre les masses volumiques doit être de 200 kg/m3 et la tension interfaciale de l’ordre de 0,03 N/m. Dans certains cas, il faut recourir à un dopage par un élément tensioactif pour limiter la coalescence. On retiendra que pour les systèmes hydrocarbures-eau, il est préférable de disperser l’hydrocarbure. La nature de la paroi de l’échangeur et du disperseur est à prendre en considération, ce dernier devant être mouillé préférentiellement par la phase continue. Des fonctionnements stables ont été obtenus avec des couples eau-liquide organique dans des colonnes allant jusqu’à 300 mm de diamètre.
Dans ces contacteurs, les gouttes sont formées à partir d’ajutages cylindriques. On distingue trois régimes d’écoulement (figure 12) en fonction du nombre de Reynolds Ren construit sur la vitesse d’injection un, le diamètre de l’injecteur dn et avec les propriétés physiques de la phase injectée.
Les relations données ci-après restent valables dans le cas de la dispersion d’un liquide dans une phase continue gazeuse.
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Régime goutte à goutte (Ren < 300)
Dans ce régime, les gouttes se forment directement au niveau...
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Échange de chaleur à contact direct liquide-liquide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PERRY (R.H.) (coordinateur) - Chemical engineers' handbook. - McGraw-Hill New York 1984.
-
(2) - KOLEV (N.I.) - Fragmentation and Coalescence Dynamics in Multiphase Flows. - Experimental Thermal and Fluid Science 6 p. 211-251 1993.
-
(3) - CLIFT (R.), GRACE (J.R.), WEBER (M.E.) - Bubbles, Drops and Particles. - Academic New York 1979.
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(4) - HESTRONI (G.) - Handbook of Multiphase Systems. - Hemisphere Publishing Corporation Washington New-York London 1982.
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(5) - WALLIS (G.B.) - One-dimensionnal two-phase flow. - McGraw-Hill 1969.
-
(6) - RICHARDSON (J.S.), ZAKI (W.N.) - Sedimentation and fluidisation. - Trans. Inst. Chem. Eng. Vol. 32 p. 37-53 1954.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Techniques de mises en contact entre phases solides et gazeuses.
-
Transferts de chaleur avec changement d'état solide-liquide.
-
Transferts de chaleur : ébullition ou condensation des corps purs.
Ouvrages généraux
KREITH (F.) - BOEHM (R.F.) - Direct Contact Heat Transfer. - Hemisphere Publishing Corporation 1988.
Les sels fondus. - Usine nouvelle Fév. 1974.
MORI (Y.H.) - Classification of configuration of two-phase vapor/liquid bubbles in an immiscible liquid in relation to direct contact evaporation and condensation processes. - Int. J. Multiphase Flow No 4 p. 571-579 1985.
SACADURA (J.F.) - Initiation aux transferts thermiques. - 1993 Technique et Documentation 11 rue Lavoisier 75008 Paris.
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SEILER-MARIE (N.) - Modélisation et simulation des phénomènes d’ébullition et du transfert de chaleur dans la zone d’impact d’un jet sur une plaque chaude. - Institut national polytechnique de Toulouse (2004).
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