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Quiz & test
Présentation
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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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Lire l’articleAuteur(s)
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Philippe BANDELIER : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (Grenoble)
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Nadia CANEY : Université Joseph Fourier, Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (Grenoble)
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Zoé MINVIELLE : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (Grenoble) - Cet article est la réédition actualisée de l'article [BE 2 343]intitulé « Échangeurs de chaleur – Intensification des échanges thermiques » paru en février 1994, rédigé par André BONTEMPS, Alain GARRIGUE, Charles GOUBIER, Jacques HUETZ, Christophe MARVILLET, Pierre MERCIER, Roland VIDIL.
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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Intensification des échanges en convection forcée d'une seule phase (liquide ou gaz)
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1. Présentation générale
La relation bien connue, qui relie le flux ou la puissance thermique échangée Φ et l'écart de température logarithmique moyen DTLM (article Échangeurs de chaleur. Définitions et principes généraux [BE 9 515]) s'exprime par :
avec :
- K :
- (W · m–2 · K–1) coefficient d'échange global,
- S :
- (m2) surface d'échange de référence.
L'industrie utilise des techniques d'intensification qui permettent d'augmenter le terme KS de façon significative. Ainsi pour une puissance thermique constante, l'augmentation de K permet :
-
de réduire la surface d'échange S, une réduction substantielle de la matière constituant la structure d'échange et du coût de l'appareil étant généralement obtenue ;
-
de réduire l'écart de température, d'accroître l'efficacité de l'appareil et donc de diminuer les coûts de fonctionnement.
La modification de la géométrie de la paroi d'échange s'accompagne, en sus d'une augmentation du coefficient d'échange de chaleur, d'un accroissement du facteur de frottement sur cette paroi : il est donc indispensable de déterminer simultanément pour toutes les surfaces à hautes performances les deux lois qui les caractérisent :
-
la loi d'échange reliant le coefficient d'échange local h (ou un nombre adimensionnel associé comme le nombre de Nusselt ou de Stanton) et les paramètres influents comme la vitesse et les propriétés physiques du fluide, le diamètre hydraulique des canaux de l'échangeur, etc. (ou les nombres adimensionnels associés comme les nombres de Reynolds, de Prandtl, etc.) ;
-
la loi de frottement (ou de perte de pression...
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Présentation générale
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 http://www.alfalaval.com/
Inserts
Chemineer...
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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 %.
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