Simulation
Microéchangeurs thermiques

7.1 Corrélations thermohydrauliques

De nombreuses études ont été lancées ces dernières années de manière à déterminer les corrélations de frottement et de perte de pression dans les microcanaux.

Ces études montrent des dispersions de résultats importantes pouvant atteindre plus de 100 % suivant la géométrie (canaux circulaires, rectangulaires, trapézoïdaux...) sur le coefficient de perte de pression f ou l’échange de chaleur (nombre de Nusselt) ; on a également pu observer, en régime laminaire, un effet de la rugosité et une transition laminaire/turbulente à une valeur moindre qu’à macroéchelle.

On a avancé différentes causes pour expliquer ces écarts par rapport aux lois classiques de type Poiseuille et Blasius :

• un effet dû à la raréfaction des particules lorsque le fluide est un gaz ;

• les effets électrostatiques de paroi ou effet EDL ;

• la présence d’un microfilm de gaz piégé dans les aspérités de la paroi ;

• la non-prise en compte des effets d’entrée et de la variation des propriétés du fluide ;

• la difficulté de réaliser des mesures précises des températures et des pressions à ces échelles ;

• enfin la métrologie qui n’est pas toujours effectuée de manière rigoureuse, dans un canal de 10 µm (une imprécision de mesure du diamètre de ±1 µm induit une incertitude de ±40 % sur le calcul de la perte de pression en écoulement laminaire).

En tout état de cause, les études correctement effectuées ne semblent pas remettre en cause les lois classiques pour des canaux de taille supérieure à environ 200 à 300 µm.

Au-dessous de ces valeurs, des travaux restent à faire pour élucider les phénomènes rencontrés.

7.2 Dimensionnement de l’échangeur

Dans les échangeurs classiques à tubes et à calandre, ou dans les échangeurs à plaques, on utilise des matériaux constitutifs de conductivité thermique élevée.

Dans...