Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Pour assurer le refroidissement d’ambiances, de liquides, de systèmes, le recours à l’ébullition convective conduit à des transferts thermiques plus efficaces qu’en ébullition libre. Ce régime d’ébullition possède de nombreuses variantes. Cependant, deux mécanismes interdépendants prédominent, celui de la convection forcée et celui d’un processus d’ébullition nucléée contrôlé par la différence de températures entre la paroi et le fluide, les propriétés du liquide, la mouillabilité de la paroi. Par ailleurs, la géométrie des systèmes (ébullition intratubulaire, extratubulaire), leur taille (ébullition intratubulaire en micro, mini ou macrocanaux) et leur orientation par rapport à l’horizontale modifient eux aussi notablement les transferts thermiques en ébullition.
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To cool room atmospheres, liquids or systems, convective boiling is very often used, which leads to more efficient heat transfer performances than pool boiling. This boiling regime has many characteristics. However, two interdependent mechanisms predominate which are forced convection and nucleate boiling process controlled by the temperature difference between the wall and the fluid, the properties of the liquid, the wettability of the wall. Furthermore, the geometry of the systems (internal, external flow boiling), their size (internal boiling in micro, mini or macrochannels) and their orientation with respect to the horizontal also significantly modify heat transfer features during boiling.
Auteur(s)
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Rémi REVELLIN : Ingénieur INSA Lyon, Docteur-ès-sciences EPFL (Suisse) - Professeur des universités à l’Institut national des sciences appliquées de Lyon
-
Monique LALLEMAND : Ingénieur INSA Lyon, Docteur-ès-Sciences - Ex-Professeur des universités à l’Institut national des sciences appliquées de Lyon
INTRODUCTION
L’ébullition convective est largement utilisée pour assurer le refroidissement d’ambiances, de liquides, de systèmes, grâce à des transferts thermiques plus efficaces qu’en ébullition libre. Dans le domaine industriel, la conception de réacteurs nucléaires refroidis par eau, de systèmes de récupération d’énergie basés sur le cycle de Rankine Organique, de machines frigorifiques ou pompes à chaleur, de bouilleurs dans l’industrie pétrochimique et de nombreuses installations du génie des procédés est basée sur les connaissances des mécanismes contrôlant l’ébullition convective. En ébullition convective, les échanges thermiques dépendent d’une part, du phénomène de convection forcée, d’autre part, du processus d’ébullition nucléée à partir d’une paroi suffisamment chauffée pour qu’il y ait génération de vapeur. Ces deux mécanismes sont étroitement dépendants l’un de l’autre du fait de la coexistence des deux phases. En plus des forces visqueuses, d’inertie, de pression caractérisant les écoulements monophasiques, les écoulements diphasiques sont soumis aux forces de tension interfaciales et à l’échange de quantité de mouvement entre les deux phases. Les transferts thermiques en ébullition nucléée sont principalement contrôlés par la différence de températures entre la paroi et le fluide, les propriétés du liquide, la mouillabilité de la paroi. Pour l’ébullition convective, les vitesses de chaque phase et leur distribution jouent un rôle majeur, ce qui nécessite la connaissance des configurations d’écoulement en fonction de la position du système, qui le plus souvent est horizontale ou verticale. Les mécanismes d’ébullition associés conduisent à différents régimes d’ébullition qui doivent être étudiés séparément. Par ailleurs, la géométrie des systèmes (ébullition intratubulaire, extratubulaire) et leur orientation modifient notablement les transferts thermiques en ébullition. Les mélanges de fluides revêtent une grande importance dans de nombreuses applications chimiques, pétrochimiques et dans les procédés industriels. Du fait d’un comportement différent des corps purs qui les composent, ils doivent faire l’objet de développements spécifiques en ébullition convective. Enfin, depuis quelques décennies sont apparues des méthodes de refroidissement diphasiques plus efficaces telles que les écoulements en microcanaux.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
room atmospheres cooling | evaporator | forced convection | nucleate boiling
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2006 par Monique LALLEMAND
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Ébullition convective
En anglais
5. Ébullition convective en mini- et microcanaux
La percée des micro-échangeurs au cours de ces dernières années et l’explosion des études et recherches sur l’ébullition convective en microcanaux et minicanaux est principalement liée aux nombreux avantages de ces systèmes ([IN 3] Microéchangeurs thermiques). De faible masse et volume, ils peuvent être utilisés dans tous les cas où les contraintes d’encombrement et de masse sont fortes. Du fait de la faible dimension des canaux, la quantité de fluide circulant est très faible, ce qui les rend intéressants lorsque ces fluides sont toxiques, néfastes pour l’environnement ou tout simplement chers. La minimisation de la quantité de matière fait aussi qu’ils ont un faible temps de réponse. Dans les micro-échangeurs, la surface d’échange est aussi largement augmentée pour un volume donné. En revanche, ils introduisent des chutes de pression élevées et nécessitent l’utilisation de fluides très purs pour éviter leur encrassement.
5.1 Transitions entre mini et microcanaux
Thome a synthétisé différents critères pour prédire la transition entre micro et macrocanaux. Ils ont été repris plus récemment par Chapuis et al. .
– Le nombre de Bond (appelé...
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Ébullition convective en mini- et microcanaux
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - APRIN (L.) - Étude expérimentale de l’ébullition d’hydrocarbures sur un faisceau de tubes horizontaux. Influence de la nature du fluide et de l’état de surface. - Thèse de Doctorat, Aix-Marseille I, nov. 2003.
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(2) - BAKER (O.) - Simultaneous flow of oil and gas. - Oil gas J., 53, p. 185 (1954).
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(3) - BAROCZY (C.J.) - A systematic correlation for two-phase pressure drop. - Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 62, p. 232-249 (1966).
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(4) - BERGLES (A.E.), ROHSENOW (W.M.) - The determination of forced-convection surface-boiling heat transfer. - J. Heat Transfer, 86, p. 365-372 (1964).
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(5) - BOWRING (R.W.) - A simple but accurate round tube uniform heat flux dry-out correlation over the pressure range 0,717 MN/m2. - Br Report AEEW-R789, Winfrith, UK (1972).
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