Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
English
RÉSUMÉ
Dans cet article, on donne les principes pour dimensionner un échangeur de chaleur et pour évaluer les performances d’un échangeur existant. Deux démarches sont décrites, une démarche analytique et une démarche numérique. Dans la démarche analytique, les deux principales méthodes sont proposées : la méthode dite du DTML (Différence de Température Moyenne Logarithmique) mieux adaptée au dimensionnement et la méthode de l’efficacité – NUT (Nombre d’Unités de Transfert) mieux adaptée à l’évaluation. Pour la démarche numérique, après quelques éléments sur les principes de base des méthodes numériques, l’accent est mis sur des exemples d’utilisations montrant l’aide apportée pour la mise en évidence des problèmes de dimensionnement et de conception (distribution, géométries internes, intensification des transferts de chaleur,…)
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
André BONTEMPS : Professeur émérite - Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI) - Université Joseph Fourier
-
Jean-François FOURMIGUé : Ingénieur – Chercheur - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Cet article est la réédition actualisée de l'article [B 2 340]précédemment écrit par A. BONTEMPS, A. GARRIGUE, Ch. GOUBIER, J. HUETZ, Ch. MARVILLET, P. MERCIER et R. VIDIL
INTRODUCTION
Les outils à la disposition de l'ingénieur pour le dimensionnement d'un échangeur ou pour l'évaluation des performances d'un échangeur existant sont très nombreux et le choix peut alors sembler très difficile. Ils sont en fait très complémentaires et peuvent être utilisés successivement lors d'une démarche de dimensionnement d'un appareil.
Les méthodes analytiques suffisent pour dimensionner un échangeur ou pour évaluer les performances d'un échangeur déjà défini dans le cadre d'un procédé industriel déjà bien maîtrisé et d'une gamme d'équipements classiques déjà utilisés sur un procédé similaire. C'est d'ailleurs sur des méthodes de ce type que sont basés les outils métiers des fabricants. Le plus qu'elles apportent est de s'appuyer sur des bases de données de performances, pertes de pression et coefficients d'échange, basée sur des mesures réalisées sur leurs échangeurs. Les deux principales méthodes, décrites dans cet article, sont la méthode du DTML (différence de température moyenne logarithmique), mieux adaptée au dimensionnement et la méthode de l'efficacité – NUT (nombre d'unités de transfert), mieux adaptée à l'évaluation des transferts de chaleur d'un échangeur déjà défini.
La simulation numérique vient après quand on sort des configurations classiques, en particulier pour les fluides, les régimes de fonctionnement, et que des problèmes peuvent se présenter en termes de distribution ou d'échange thermique local. Les simulations peuvent alors apporter une information beaucoup plus fine avec une représentation 1D, 2D ou 3D des écoulements et transferts de chaleur.
Un tableau de notations et symboles est placé en fin d'article.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Thermique pour l’industrie
(38 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Méthodes de calcul analytique
English
1. Présentation
1.1 Problème thermohydraulique
Dans l'industrie des échangeurs de chaleur, les problèmes relevant de la thermohydraulique concernent avant tout le dimensionnement thermique des appareils.
La complexité du problème de calcul thermique des échangeurs vient de plusieurs facteurs qui sont :
-
la grande diversité des appareils (échangeurs tubulaires, à plaques, etc.) ;
-
la variété des régimes d'écoulement : simple phase en régime laminaire ou turbulent, avec ou sans effet de convection naturelle, diphasique en évaporation ou en condensation, condensation avec ou sans incondensables, mélanges de fluides, etc. ;
-
le nombre important des configurations d'écoulement, pouvant aller bien au-delà de deux fluides dans le cas d'un échangeur compact, par exemple.
À cette complexité due à la technologie des appareils et à la nature de la physique des écoulements s'ajoute la difficulté d'écrire un logiciel basé sur une méthode de calcul dont on doit parfaitement maîtriser les hypothèses et les paramètres ; il faut donc pour cela :
-
définir un modèle d'écoulement lorsque celui-ci est complexe ;
-
prendre les corrélations physiques les mieux adaptées ;
-
choisir un algorithme pour le problème que l'on se pose, soit de type dimensionnement, soit de type évaluation ;
-
prendre une méthode numérique fiable assurant une convergence du calcul thermique pour tous les cas spécifiés.
Au centre de la phase de dimensionnement se trouve le calcul thermique proprement dit.
HAUT DE PAGE1.2 Principe du calcul thermique d'un échangeur
Cet article se limite au cas des échangeurs – récupérateurs. La figure 1 illustre dans son principe le calcul thermique d'un échangeur.
Il convient de préciser :
-
les données nécessaires : données géométriques, de fonctionnement et propriétés physiques des fluides ;
-
la phase thermique proprement dite, comprenant des calculs géométriques (sections de passage des fluides, diamètres hydrauliques, etc.), puis...
L'expertise technique et scientifique de référence
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Thermique pour l’industrie
(38 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHAH (R.K.), AFIMIWALA (K.A.), MAYNE (R.W.) - Heat exchanger optimization. - In Proceedings 6th International Heat Transfer Conference, Toronto, Canada, vol. 4, p. 185-191 (1978).
-
(2) - SHAH (R.K.), SEKULIC (D.P.) - Fundamentals of heat exchanger design. - John Wiley and sons, Inc., HOBOKEN (N.J.), États-Unis (2003).
-
(3) - BOWMAN (R.A.), MUELLER (A.C.), NAGLE (W.M.) - Mean temperature difference in design. - Trans ASME, 62, p. 283-294 (1940).
-
(4) - KERN (D.Q.) - Process heat transfer. - 2nd Ed., McGraw Hill Book Company, Singapore (1984).
-
(5) - AZBEL (D.) - Heat transfer applications in process engineering. - Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, États-Unis (1984).
-
(6) - CHEN (J.D.), TSAI (S.T.) - Calculation of mean temperature difference of...
ANNEXES
Fluent https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent/ansys-fluent-
STAR-CCM http://www.cd-adapco.com
OpenFoam http://www.openfoam.com
HAUT DE PAGE
International Heat Transfer Conference http://www.ihtc-15.org
HAUT DE PAGE
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Thermique pour l’industrie
(38 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
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 %.
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Thermique pour l’industrie
(38 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
