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RÉSUMÉ
Le phénomène de condensation joue un rôle important, dans les processus industriels, sous de multiples formes et dans de multiples installations, dont les machines frigorifiques. Cet article présente des applications particulièrement intéressantes, et souvent fréquentes, telles que la condensation sur des surfaces profilées (tubes ou cylindres), ou celle de vapeurs (gaz incondensables ou mélanges binaires). Sont traités en dernier les phénomènes de condensation directe par mélange entre une vapeur et un liquide froid, notamment la condensation d’une vapeur sur des jets de liquide sous-refroidis, en masse ou pulvérisés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Prabodh PANDAY : Professeur retraité de l’Université de Technologie de Belfort-Monbéliard
INTRODUCTION
Ce texte doit se lire à la suite du dossier traitant la condensation en film d’une vapeur pure sur des surfaces immobiles lisses. Des applications industrielles particulièrement importantes de la condensation y sont présentées. C’est le cas de la condensation sur des surfaces profilées avec l’intervention d’un paramètre majeur : la tension superficielle. C’est aussi le cas de la condensation d’une vapeur en présence d’un gaz incondensable ou encore de mélanges de vapeurs. De telles situations sont fréquentes dans l’industrie, notamment et de plus en plus dans le domaine des machines frigorifiques. Enfin, dans la dernière partie, on présente le phénomène de condensation directe par mélange entre une vapeur et un liquide froid, particulièrement la condensation d’une vapeur sur des jets de liquide sous-refroidis, en masse ou pulvérisés.
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Condensation des mélanges de vapeur
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1. Condensation sur des surfaces profilées
Grégorig propose d’utiliser le gradient de pression généré par les forces de tension superficielle pour réduire l’épaisseur du film de condensat sur une ailette de forme convexe et d’améliorer ainsi l’échange thermique. Soit
le rayon de courbure de l’interface à une abscisse x ; alors on a :
D’après la théorie de Nusselt, le coefficient d’échange en condensation est donné par hx = kL /δx . Il est donc nécessaire de réduire l’épaisseur du film δx pour améliorer l’échange thermique ; cela peut être réalisé par l’introduction d’un gradient de pression dû à la tension superficielle en faisant varier le rayon de courbure local du film de condensat. Ainsi plusieurs auteurs ont proposé d’utiliser des tubes rainurés verticaux pour exploiter ce phénomène et améliorer l’échange thermique lors de la condensation.
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Condensation sur des surfaces profilées
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ADAMEK (T.), WEBB (R.L.) - Prediction of film condensation on horizontal integral fin tubes. - Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 33, pp. 1721-1735 (1990).
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(2) - BEATTY (K.O.), KATZ (D.L.) - Condensation of vapors on outside of finned tubes. - Chem. Engg. Progress, vol. 44, pp. 55-70 (1948).
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(3) - BELGHAZI (M.), BONTEMPS (A.), MARVILLET (C.) - Experimental study and modelling of heat transfer during condensation of pure fluid and binary mixture on a bundle of horizontal finned tubes. - Int. J. Refrigeration, vol. 26, pp. 214-223 (2003).
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(4) - BUKASA (J.M.), LIEBENBERG (L.), MEYER (J.P.) - Heat transfer performance during condensation inside spiralled micro-fin tubes. - Trans. ASME, J. Heat Transfer, vol. 126, pp. 321-328 (2004).
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(5) - CAVALLINI (A.), DEL COL (D.), DORETTI (L.), LONGO (G.A.), ROSETTO (L.) - Heat transfer and pressure drop during condensation of refrigerants inside horizontal enhanced tubes. - Int. J. Refrigeration, vol. 23, pp. 4-25 (2000).
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