Présentation
Auteur(s)
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André BONTEMPS : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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Alain GARRIGUE : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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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
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Christophe MARVILLET : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Pierre MERCIER : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Roland VIDIL : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble.
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Lire l’articleINTRODUCTION
Tous ces auteurs font partie du Groupement pour la Recherche sur les Échangeurs Thermiques (GRETh)
Cet article présente les principes utilisés pour effectuer un dimensionnement thermique d’échangeurs de chaleur. Les principales méthodes, qu’elles soient manuelles ou informatisées, sont exposées et illustrées d’exemples.
L’ensemble Échangeurs de chaleur fait l’objet de plusieurs articles :
-
Échangeurs de chaleur- Définitions et architecture générale Généralités ;
-
Échangeurs de chaleur- Description des échangeurs Description des échangeurs ;
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[B 2 342] Dimensionnement thermique ;
-
Échangeurs de chaleur- Intensification des échanges thermiques Intensification des échanges thermiques ;
-
Échangeurs de chaleur- Problèmes de fonctionnement Problèmes de fonctionnement ;
ainsi que d’un tableau de notations et symboles en tête et d’une documentation en fin, communs à cet ensemble.
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1. Phase de dimensionnement thermique
1.1 Problème thermohydraulique
Dans l’industrie des échangeurs de chaleur, les problèmes relevant de la thermohydraulique concernent avant tout le dimensionnement thermique des appareils.
La complexité du problème de calcul thermique des échangeurs vient de plusieurs facteurs qui sont :
-
la grande diversité des appareils (échangeurs tubulaires, à plaques, etc.) ;
-
la variété des régimes d’écoulement : simple phase en régime laminaire ou turbulent, avec ou sans effet de convection naturelle, diphasique en évaporation ou en condensation, condensation avec ou sans incondensables, mélanges de fluides, etc. ;
-
le nombre important des configurations d’écoulement, pouvant aller bien au‐delà de deux fluides dans le cas d’un échangeur compact, par exemple.
À cette complexité due à la technologie des appareils et à la nature de la physique des écoulements s’ajoute la difficulté d’écrire un logiciel basé sur une méthode de calcul dont on doit parfaitement maîtriser les hypothèses et les paramètres ; il faut donc pour cela :
-
définir un modèle d’écoulement lorsque celui‐ci est complexe ;
-
prendre les corrélations physiques les mieux adaptées ;
-
choisir un algorithme pour le problème que l’on se pose, soit de type dimensionnement, soit de type simulation ;
-
prendre une méthode numérique fiable assurant une convergence du calcul thermique pour tous les cas spécifiés.
1.2 Logique de la phase de dimensionnement
Le problème du dimensionnement thermique dans une installation industrielle est illustré par la figure 1. Il commence, tout d’abord, par la sélection du type d’échangeur adapté au problème posé, puis vient la phase de dimensionnement thermique proprement dite ; elle est destinée à fixer par le calcul la surface d’échange nécessaire au transfert de puissance sur les fluides considérés.
Cette phase de calcul est le plus souvent itérative et permet d’approcher par des essais successifs la solution qui semble la meilleure, à...
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