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.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
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)
-
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
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Physique énergétique
(73 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Ébullition convective pour des tubes horizontaux
En anglais
2. Ébullition convective pour des tubes verticaux
En ébullition libre, les transferts thermiques sont principalement sous la dépendance de la différence de températures entre la paroi et le fluide, des propriétés du fluide et de la paroi. Pour l’ébullition en convection forcée, les vitesses de chaque phase et la répartition des phases jouent également un grand rôle. C’est pourquoi, pour déterminer les transferts thermiques et les coefficients d’échange, il faut prendre en compte ces grandeurs caractérisées par les débits et le titre.
Dans un tube vertical à flux imposé, dans lequel le fluide pénètre à la base du tube à l’état de liquide sous-refroidi
, il sort à l’état de vapeur surchauffée si le tube est suffisamment long. Les coefficients d’échange ainsi que les températures de la paroi et du fluide varient tout au long du tube en fonction des configurations d’écoulement et des conditions imposées (figure 1). Dans le cas d’un tube à température imposée, le coefficient de transfert de chaleur chute lors de l’apparition de l’assèchement, ce qui conduit à une chute de la densité de flux chaleur.
2.1 Ébullition sous-saturée
2.1.1 Différents domaines de l’ébullition sous-saturée
Un liquide sous-saturé ou sous-refroidi, qui circule dans un tube chauffé, reste à l’état monophasique tant que la température de la paroi est inférieure à la température de saturation du fluide pour la pression locale. Dans ces conditions de convection monophasique, les coefficients d’échange sont calculés à partir des lois usuelles selon le régime d’écoulement.
En régime laminaire et pour un régime établi, le coefficient d’échange h, dans le cas où le flux est imposé à la paroi, est calculé à partir de la relation suivante :
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Physique énergétique
(73 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Ébullition convective pour des tubes verticaux
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.
-
(2) - BAKER (O.) - Simultaneous flow of oil and gas. - Oil gas J., 53, p. 185 (1954).
-
(3) - BAROCZY (C.J.) - A systematic correlation for two-phase pressure drop. - Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 62, p. 232-249 (1966).
-
(4) - BERGLES (A.E.), ROHSENOW (W.M.) - The determination of forced-convection surface-boiling heat transfer. - J. Heat Transfer, 86, p. 365-372 (1964).
-
(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).
-
...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Physique énergétique
(73 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
