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En anglais
RÉSUMÉ
Dans les processus industriels, le phénomène de condensation joue un rôle important, notamment dans les installations motrices à vapeur, les machines frigorifiques et les pompes à chaleur. Après une introduction sur la théorie de base, cet article se consacre à la condensation en film, lorsque le condensat recouvre la surface sous la forme d’un film continu. L’épaisseur du film liquide résulte de l’interaction entre l’écoulement du liquide et celui de la vapeur, en fonction de la géométrie de la surface solide. La théorie de la condensation sur des surfaces lisses est ensuite appliquée à l’extérieur, puis à l’intérieur de tubes cylindriques à base circulaire.
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Prabodh PANDAY : Professeur retraité de l’Université de Technologie de Belfort-Monbéliard
INTRODUCTION
Le changement de phase de l’état vapeur à l’état liquide est désigné par la condensation. Ce phénomène est souvent rencontré dans les processus industriels et joue un rôle important dans les installations motrices à vapeur, les machines frigorifiques et les pompes à chaleur. Dans les condenseurs industriels la vapeur à condenser est séparée du fluide froid par une surface intermédiaire. Lorsqu’une vapeur se trouve en contact avec une surface dont la température est inférieure à la température de saturation de la vapeur, il y a changement de phase vapeur-liquide donnant naissance à un transfert de chaleur important.
Or, la condensation de la vapeur sur une paroi refroidie donne naissance à deux types de phénomènes qui se caractérisent par l’aspect visuel du condensat formé. Dans le premier cas le condensat recouvre la surface sous la forme d’un film continu et on parle de condensation en film. Dans le second cas les gouttelettes liquides se forment sur la surface et on parle de condensation en gouttes. Les appareils industriels sont dimensionnés en admettant une condensation en film. L’échange thermique lors de la condensation en gouttes est plus élevé que celui pour la condensation en film, mais la condensation en gouttes est difficile à maintenir sur un long terme. Elle résulte en effet de la non-mouillabilité du solide par le film de condensat à cause de la présence de molécules organiques sur la surface. Le dépôt d’une fine couche de matière plastique (téflon) est parfois utilisé pour développer la condensation en gouttes, mais ceci introduit une résistance thermique supplémentaire et l’amélioration de l’échange n’est pas aussi spectaculaire qu’on le souhaiterait. Actuellement, il n’y a pas de méthode d’analyse théorique fiable pour traiter la condensation directe et seuls les résultats d’essais sur des revêtements spécifiques sont utilisés pour déterminer l’échange thermique. Ces résultats ne seront pas présentés dans ce dossier qui est consacré à la condensation en film.
La théorie de base est présentée ainsi que la condensation sur des surfaces lisses avec, en application, la condensation soit à l’extérieur, soit à l’intérieur de tubes cylindriques à base circulaire.
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Condensation en film d’une vapeur pure
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1. Considérations basiques sur la condensation
1.1 Coefficient de condensation
Lors de la condensation, le liquide est séparé de la vapeur par une interface liquide-vapeur. Les molécules venant de la phase vapeur et impactant l’interface liquide-vapeur peuvent être soit absorbées par le liquide, soit réfléchies à l’interface et retournent à la phase vapeur. Certaines molécules liquides quittent l’interface et sont remplacées par les molécules venant de la phase vapeur. Les effets moléculaires lors de l’évaporation et de la condensation aux interfaces sont présentés par Ytrehus . D’après la théorie cinétique des gaz , la densité de flux massique net pour une vapeur de masse molaire
est donné par :
avec :
- Ω :
- une fonction
-
![]()
: - la constante universelle des gaz parfaits
- I et V :
- les indices désignant respectivement la condition à l’interface et loin de l’interface (pV = p∞ ).
Rappelons que la pression à l’interface est égale à la...
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Considérations basiques sur la condensation
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ACKERS (W.W), ROSSON (H.F.) - Condensation inside horizontal tubes. - Chem. Engg. Prog. Symp. Ser., vol. 56, pp. 145-149 (1960).
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(2) - AGRAWAL (S.), LIN (S.P.) - Spatially growing disturbances in liquid films. - AIChE J., vol. 21, pp. 594-595 (1975).
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(3) - ASBIK (M.), DAIF (A.), PANDAY (P.K.) - Condensation of downward flowing vapour on a single horizontal cylinder or a bank of tubes with and without inundation. - Proc ; 1st ISHMT-ASME Heat Mass Transfer Conference, jan. 1994, BARC, Bombay (Tata McGraw Hill Ltd), pp. 475-480 (1994).
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(4) - BLANGETTI (F.L.), SCHLUNDER (E.U.) - Local heat transfer coefficients in film condensation at high Prandtl numbers. - Condensation Heat Transfer, ASME, 18th National Heat Transfer Conference, San Diego, California 6-8 Aug, pp. 17-25 (1979).
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(5) - BORISHANSKI (V.M.), VOLKOV (D.I.), IVASHENKO (N.I.), ILARINOV (Y.T.) - * - J. Engg. Phy., vol. 26, pp. 760-761 (1974).
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