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RÉSUMÉ
L'échangeur de chaleur, instrument clé du thermicien ou de l'énergéticien, permet de contrôler la température d'un système ou d'un produit en échangeant de la chaleur entre deux milieux. Ce principe est mis en oeuvre dans de nombreuses applications courantes : chauffage, climatisation, réfrigération, refroidissement électronique, génie des procédés, stockage d'énergie ou production d'énergie mécanique (ou électrique) à partir d'énergie thermique. Dans l'échangeur classique, un fluide chaud transfère une partie de son enthalpie à un fluide froid. Ce type d'échangeur servira de base pour donner les définitions et les paramètres nécessaires à son dimensionnement, ainsi qu'à la compréhension des phénomènes. D'autres types d'échangeurs sont également évoqués.
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The heat exchanger, key instrument for thermal or energy engineers, is a device which allows the temperature of a system or a substance to be controlled when exchanging heat from a medium to another. It is essential in many usual applications: heating, air-conditioning, refrigeration, electronic cooling, in process industries, in energy storage or for mechanical (or electrical) energy production in power plants. In a classical heat exchanger, a hot fluid exchanges a part of its enthalpy to a cold fluid. This type of heat exchanger will serve as a reference in this article to give definitions and parameters required for understanding phenomena and for sizing or rating. Other types of existing heat exchangers will also be mentioned.
Auteur(s)
-
André BONTEMPS : Professeur émérite - Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI) - Université Joseph Fourier, Grenoble, France -
INTRODUCTION
L'échangeur de chaleur, instrument clé du thermicien ou de l'énergéticien permet de contrôler la température d'un système ou d'un produit en échangeant de la chaleur entre deux milieux. Il est indispensable dans de nombreuses applications courantes, chauffage, climatisation, réfrigération, refroidissement électronique, en génie des procédés, pour le stockage d'énergie ou la production d'énergie mécanique (ou électrique) à partir d'énergie thermique. Dans l'échangeur classique, un fluide chaud transfère une partie de son enthalpie à un fluide froid. Ce type d'échangeur sert de base pour donner les définitions et les paramètres nécessaires à son dimensionnement ainsi qu'à la compréhension des phénomènes. D'autres types d'échangeurs existent qui sont également évoqués.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
heating | cooling | Thermic | process | energetic
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Relations entre les mesures aux entrées-sorties et le fonctionnement interne
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3. Architecture générale de l'échangeur
L'échangeur possède deux aspects complémentaires : l'aspect global, caractérisé par les grandeurs aux entrées-sorties et l'aspect local caractérisé par le flux échangé au niveau d'une surface élémentaire. Ce flux est déterminé à partir des températures de mélange de chaque fluide, de leurs vitesses et des propriétés physiques des fluides et des matériaux. Il est également fonction de la géométrie de l'échangeur et de la façon dont les fluides s'écoulent l'un par rapport à l'autre.
3.1 Trois principales configurations d'écoulement
À l'intérieur du quadripôle précédemment défini, les fluides peuvent suivre des trajectoires complexes. Néanmoins, on peut distinguer trois types de configurations d'écoulement.
-
Écoulements co-courants
Dans cette configuration, les écoulements sont parallèles et de même sens. Une telle configuration peut être trouvée dans un échangeur coaxial ou dans certains échangeurs à plaques (figure 6).
Sur cette même figure, on a représenté l'évolution de la température de mélange en fonction de la distance x le long de l'échangeur de longueur L. On qualifie ce type de courbes de profil longitudinal des températures.
-
Écoulements à contre-courant
Dans cette configuration, les écoulements sont parallèles mais de sens opposés. C'est la configuration la plus efficace. Comme nous le démontrons plus loin les profils longitudinaux de températures dépendent des valeurs respectives des débits de capacité thermique
![]()
(figure 7).
(figure -
Écoulements à courants croisés
Dans cette configuration, les écoulements sont perpendiculaires l'un à l'autre. Bien que moins efficace que la configuration à contre-courant, cette configuration est bien adaptée à certaines utilisations, dont l'exemple typique est le radiateur automobile représenté symboliquement figure 8. Dans ce radiateur, un écoulement...
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Architecture générale de l'échangeur
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHAH (R.K.), SEKULIC (D.P.) - Fundamentals of heat exchanger design. - Wiley & sons, Hoboken, New Jersey, USA, 941 p. (2003).
-
(2) - KUPPAN (T.) - Heat exchanger design handbook. - CRC Press, Taylor & Francis group, 1 119 p. (2000).
-
(3) - KAKAC (S.), LIU (H.), PRAMUANJAROENKIJ (A.) - Heat exchangers. Selection, rating, and thermal design. - CRC Press, Taylor & Francis group, 615 p. (2012).
-
(4) - ANXIONNAZ (Z.), CABASSUD (M.), GOURDON (C.), TOCHON (P.) - Heat exchangers/reactors (HEX reactors) : concepts, technologies : State-of-the-art. - Chemical Engineering and Processing : Process Intensification, 47, p. 2029-2050 (2008).
-
(5) - SACADURA (J.-F.) - Initiation aux transferts thermiques. - Tech & Doc/Lavoisier, Paris, 442 p. (1993).
-
(6) - INCROPERA...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Transmission de l'énergie thermique. Conduction.
-
Convection thermique et massique. Partie 1 : Nombre de Nusselt.
-
Convection thermique et massique. Partie 2 : Nombre de Nusselt.
-
Systèmes diphasiques de contrôle thermique. Thermosiphons et caloducs.
-
...
ANNEXES
Bvents http://www.bvents.com/fr/
Conference alerts http://www.conferencealerts.com/
BaseAcademic resources http://www.ourglocal.com/
All conferences http://www.allconferences.com/
Events & Conference directory http://www.events.einnews.com/
Base de données Fridoc (domaine du froid) http://www.iifiir.org/
Manuel technique GRETh (fiches de calcul, base dataphy) http://www.greth.fr/_
ProSim (propriétés thermodynamiques et simulation de procédés) http://www.prosim.net/fr/logiciels-simulis-thermodynamics-3.php
HAUT DE PAGE
Interclima http://www.interclimaelec.com/
Batimat http://www.batimat.com/...
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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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