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

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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Conclusion et prospectives

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

Rappelons ce que l’on peut mesurer aux entrées-sorties : les quatre températures et les débits-masse A ρV_q , les caractéristiques des deux fluides étant connues ; d’où les débits de capacité :

Les changements de phase éventuels sont également déterminés par la variation du titre de vapeur entre l’entrée et la sortie du (ou des) fluide(s) diphasique(s).

Le fonctionnement interne, lui, est caractérisé par le coefficient d’échange convectif global K, dépendant lui-même des deux coefficients d’échange convectifs de chacun des fluides vis-à-vis de la paroi commune et de la résistance conductive de cette dernière.

Quelles sont les relations classiques entre les mesures aux bornes du quadripôle et le fonctionnement interne ?

3.1 Hypothèse K constant

L’établissement des relations passe en général par une hypothèse essentielle :

Le coefficient d’échange global K est admis comme constant tout au long de l’échangeur si chacun des fluides reste monophasique.

Qu’implique-t-elle ? Quels sont les cas où elle devient douteuse voire carrément fausse ? Examinons aussi les cas où l’on pourrait soupçonner une influence... qui n’existe pas.

Il y a un échange radiatif si faible, qu’il peut être, sans erreur notable, linéarisé et inclus dans le coefficient d’échange convectif h du fluide considéré. Ce dernier est dominant et s’y ajoute une correction toujours additive (et jamais soustractive).

Ce moindre mal, nous l’avons déjà adopté 1.2.2 sous cette forme pour corriger l’échange local : h = h_c + h_r...