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RÉSUMÉ
Le domaine de l'intensification des échanges de chaleur a depuis de nombreuses années dépassé le stade du laboratoire et largement été 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 notablement supérieurs à ceux des surfaces d'échange lisses.
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Heat Transfer Enhancement has overcome the laboratory field for several years, and is widely spread in industrial applications. Many heat exchangers in various processes are now equipped with plates or tubes especially designed to increase the heat transfer coefficients, which exhibit high operational values well above those obtained with flat surfaces.
Auteur(s)
-
Philippe BANDELIER : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (Grenoble)
-
Nadia CANEY : Université Joseph Fourier, Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (Grenoble)
-
Zoé MINVIELLE : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (Grenoble) - C « Échangeurs de chaleur – Intensification des échanges thermiques »
INTRODUCTION
Tout échangeur de chaleur a pour fonction principale de transférer l'enthalpie contenue dans un fluide vers un autre fluide sous l'effet d'un écart de température. La surface d'échange à prévoir, et donc le coût de l'échangeur de chaleur, dépend directement de cet écart de température et du coefficient d'échange thermique. L'intensification des échanges de chaleur contribue donc directement à réduire la surface d'échange à installer et, potentiellement, le coût de l'échangeur si la technique mise en œuvre n'induit pas un surcoût supérieur au gain sur la surface. À coût d'échangeur constant, le bénéfice peut aussi être reporté sur le service thermique rendu, améliorant ainsi l'efficacité énergétique d'un procédé thermique. Néanmoins, dans certains cas, le critère de coût peut être secondaire comparé à d'autres avantages tels que la compacité de l'échangeur ou, par exemple, en repoussant le flux thermique critique à partir duquel la température de paroi devient trop importante. Toutes les applications des échangeurs de chaleur sont concernées : échangeurs en simple phase, en double phase (évaporation et condensation) et échangeurs multifonctions combinant le transfert de chaleur avec le transfert de masse ou une réaction chimique.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
enhancement | single phase flow | two phase flow
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Intensification des échanges lors de la condensation d'une phase vapeur
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3. Intensification des échanges lors de la vaporisation d'une phase liquide
Les mécanismes d'échange mis en jeu dans un évaporateur sont extrêmement divers et complexes ; en corollaire, les principes et les techniques permettant une augmentation des coefficients d'échange lors de l'évaporation d'un fluide sont extrêmement variés et requièrent de nombreuses études pour leur compréhension et leur évaluation.
Dans ce paragraphe, après avoir très brièvement rappelé les mécanismes de transfert dans les évaporateurs, nous rapportons les résultats les plus significatifs obtenus dans l'étude et l'utilisation de l'amélioration de l'échange en évaporation.
3.1 Phénomènes d'assèchement de paroi
Il est nécessaire de distinguer, quel que soit le type d'évaporateur considéré, les zones de la surface d'échange qui sont effectivement mouillées par le liquide et celles qui présentent un assèchement. On sait que ce phénomène peut intervenir en différentes circonstances. On a un assèchement lorsque, dans un canal horizontal, une stratification de la phase liquide intervient : un faible débit spécifique de fluide et un faible titre massique de vapeur favorisent ce phénomène qui peut être aisément prédit à partir de critères de transition. Ainsi un critère simple, proposé par Shah s'exprime à partir d'un nombre de Froude Fr et se traduit par la condition suivante :
un régime stratifié prévaut lorsque Fr < 0,04sachant que
avec :
- Dh :
- diamètre hydraulique du canal,
- G :
- débit spécifique (rapport du débit-masse de fluide dans le canal à la section de passage du canal),
- g :
- accélération due à la pesanteur,
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Intensification des échanges lors de la vaporisation d'une phase liquide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROBINSON (H.), BRIGGS (D.E.) - Pressure drop of air flowing across triangular pitch banks of finned tubes. - CEP Symp. Series, no 64, vol. 62, p. 177-188 (1966).
-
(2) - RABAS (T.J.) - The effect of fin density on the heat transfer and pressure drop performance of low finned tube banks. - ASME paper, no 80-HT-97 (1980).
-
(3) - JOSHI (H.M), WEBB (R.L.) - Prediction of heat transfer and friction in the offset strip fin array. - Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 30, no 1, p. 69-84 (1987).
-
(4) - DAVENPORT (C.J.) - Correlations for heat transfer and flow friction caracteristics of louvered fins. - Heat Transfer. Seattle. AIChE Symp. Series, vol. 79, no 225, p. 19-27 (1983).
-
(5) - ZAMFIRESCU (C.), FEIDT (M.) - Cascaded fins for heat transfer enhancement. - Heat Transfer Engineering, 28(5), p. 451-459, DOI : 10.1080/01457630601163835 (2007).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Société Française de Thermique : Écoles d'été et journées SFT sur les transferts de chaleur, congrès annuel http://www.sft.asso.fr
HAUT DE PAGE2.1 Fournisseurs d'échangeurs et de surfaces d'échange à haute efficacité (liste non exhaustive)
Tubes spéciaux
Société Wieland France http://www.wieland.fr/
Furikawa Electric http://www.furukawa.co.jp/english
SMP Tubes http://www.smp-tubes.com/francais
Hitachi http://www.hitachi-ap.com/
GEA Erge-Spirale, Soramat http://www.gea-erge.fr/
CIAT http://www.ciat.fr/
Plaques à ailettes ou spéciales
Chart Industries http://www.chartindustries.com/
Alfa Laval ...
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