Architecture générale de l’échangeur

1.1 - Aspect externe : échangeur comme quadripôle

Figure 1 - Schéma du quadripôle
1.2 - Aspect interne : échange élémentaire

Tableau 1

2 - Architecture générale de l’échangeur

2.1 - Trois principales géométries relatives des deux fluides
2.2 - Échangeur industriel : combinaison des trois écoulements élémentaires

Figure 9 - Chicanes dans la virole

3 - Relations entre les mesures aux entrées-sorties et le fonctionnement interne

3.1 - Hypothèse K constant
3.2 - Grandeurs classiques définissant l’échangeur

Tableau 2

4 - Conclusion et prospectives

Présentation

Auteur(s)

André BONTEMPS
Alain GARRIGUE
Charles GOUBIER : Université Joseph Fourier, Institut Universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
Jacques HUETZ : Directeur de Recherche émérite au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) - Professeur à l’École Centrale de Paris
Christophe MARVILLET
Pierre MERCIER
Roland VIDIL : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble

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INTRODUCTION

Tous ces auteurs font partie du Groupement pour la Recherche sur les Échangeurs Thermiques (GRETh)

L’échangeur d’énergie thermique est un des instruments clé du thermicien ou de l’énergéticien, que son but soit la fabrication d’un produit dont l’élaboration passe par un ensemble de cycles où varient température et pression ou qu’il s’agisse de production d’énergie mécanique (ou électrique) à partir de l’énergie thermique. Essentiellement, un fluide chaud circule depuis une entrée de l’échangeur jusqu’à sa sortie en transférant une partie de son enthalpie à un fluide froid qui lui aussi circule entre une entrée et une sortie distinctes de celles du fluide chaud.

L’ensemble Échangeurs de chaleur fait l’objet de plusieurs articles :

Échangeurs de chaleur- Définitions et architecture générale Définitions et architecture générale
Description des échangeurs
Dimensionnement thermique
Intensification des échanges thermiques
Problèmes de fonctionnement.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-b2340

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Relations entre les mesures aux entrées-sorties et le fonctionnement interne

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2. Architecture générale de l’échangeur

L’échangeur a ainsi deux aspects complémentaires : l’aspect global, caractérisé par des mesures aux entrées-sorties, et celui de l’échange au niveau de la surface élémentaire, caractérisé par son flux. Ce dernier est défini à partir des températures de mélange, de la nature des matériaux et de la manière dont on s’en sert (dimensions géométriques et mécaniques dont la vitesse). La maîtrise de la surface mouillée par l’emploi d’ailettes est abordée sans être traitée.

L’adiabatisme de l’échangeur est une hypothèse clé qui permet à partir du calcul d’échange sur un élément de surface de remonter de proche en proche vers les extrémités entrées-sorties, et de calculer ainsi tout l’échangeur avec les températures comme paramètres.

2.1 Trois principales géométries relatives des deux fluides

L’un des fluides circule dans un canal à géométrie fermée, qu’il s’agisse d’un tube circulaire ou d’une section rectangulaire parfois très allongée (échangeur à plaques).

L’autre fluide circule à l’extérieur de ce canal ou de plusieurs canaux identiques alimentés en parallèle. Ce fluide peut lui-même être enfermé dans une « virole ou calandre » qui contient tous les canaux et dont la paroi, adiabatique, reconstitue le quadripôle. Mais cette disposition n’est pas obligatoire si l’on dispose d’une masse quasi infinie de ce fluide extérieur : telle est l’eau de la mer pour le condenseur du navire ou l’air extérieur pour le radiateur d’automobile. Quant à la pompe de circulation du fluide, elle est alors remplacée par la vitesse du mobile qui renouvelle le fluide de refroidissement de ces deux exemples.

Trois géométries d’écoulement peuvent être réalisées :

écoulements des deux fluides parallèles et de même sens : l’évolution qualitative des températures est représentée sur la figure 6a ;
écoulements parallèles mais de sens contraires ou à contre-courant (figure 6b ) ;
écoulements perpendiculaires l’un à l’autre :...