Contexte-enjeu-objectifs du projet
Optimiser les performances thermo-hydrauliques d’échangeurs de chaleur

1.1 Optimiser la conception des échangeurs de chaleur

Les échangeurs de chaleur sont des éléments mécaniques assurant le transfert d’énergie entre des circuits fluidiques. Présents dans les installations de production d’énergie (centrales nucléaires, raffineries de pétrole, etc.) ou de production (chimie, dessalement d’eau de mer, etc.), les échangeurs de chaleur sont en outre présents à bord de navires dont l’énergie est produite par un réacteur nucléaire (sous-marins ou porte-avions). Constructeur naval et concepteur de chaufferies embarquées, Naval Group conçoit des échangeurs de type tubes-calandre (figure 1).

Composés de plusieurs centaines ou milliers de tubes intégrés dans une enceinte principale, ces échangeurs de chaleur constituent l’un des équipements les plus importants mais surtout les plus volumineux du navire. En propulsion nucléaire, ils assurent les transferts thermiques entre différents circuits. Le générateur de vapeur permet de convertir l’énergie issue de la réaction nucléaire en vapeur, qui est ensuite utilisée par la turbine du sous-marin afin de faire tourner une hélice de propulsion. Le condenseur, quant à lui, refroidit cette vapeur au contact d’un circuit d’eau de mer et permet un retour du fluide à l’état liquide. Évaluer les caractéristiques thermo-hydrauliques des échangeurs de chaleur est un élément déterminant du cahier des charges des constructeurs pour atteindre les performances propulsives requises des navires.

Naval Group souhaite développer des échangeurs plus optimisés et caractériser de façon plus fine les performances thermo-hydrauliques de ces systèmes, en particulier afin d’en augmenter la densité de puissance thermique. Cela se traduit donc par une amélioration de la puissance thermique échangée à dimensions d’échangeur constantes, ou, par une puissance équivalente à dimensions réduites. L’objectif recherché est triple : diminuer le bilan de masse global des navires, réduire le coût de l’équipement et faciliter la circulation des équipages en charge des opérations de maintenance.

Afin de répondre à ces besoins, les équipes en charge de la conception des échangeurs cherchent ainsi à développer de nouveaux outils et méthodes contribuant à améliorer la conception de ces échangeurs, diminuer...