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Auteur(s)
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Alain BRICARD : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers - Ingénieur de Recherche au Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Lounès TADRIST : Docteur ès Sciences Physiques - Directeur de Recherches au Centre National de la Recherche Scientifique - Institut Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels de Marseille
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Lire l’articleINTRODUCTION
À coté des échangeurs de chaleur conventionnels qui assurent un transfert de chaleur au travers d’une paroi matérielle entre deux fluides à des températures différentes, on trouve toute une gamme de dispositifs industriels où la paroi d’échange est supprimée : tours de refroidissement, échangeurs récupérateurs solide-gaz, contacteurs gaz-liquide pour le chauffage d’eau à partir d’effluents gazeux, humidificateurs d’air, condenseurs à bulles et barométriques…. Les échangeurs à contact direct restent cependant assez peu répandus du fait de contraintes intrinsèques et d’une méconnaissance des comportements hydrodynamique et thermique de ces systèmes où interviennent des processus physiques complexes (milieux multiphases en écoulement avec ou sans changement d’état). Il est bien clair que les échangeurs à contact direct ne sont pas une panacée, mais dans certains cas spécifiques ils constituent une alternative intéressante car ils offrent la possibilité de réduire le coût d’investissement et d’accroître les performances d’échange par rapport à un échangeur classique. On présente ici les bases nécessaires à la compréhension et au dimensionnement des échangeurs thermiques fonctionnant sur le principe du contact direct ; mode de transfert de chaleur au demeurant courant dans la nature, puisqu’il intervient, en particulier, dans le cycle de l’eau entre la terre et l’atmosphère par évaporation et condensation, dans la formation de brouillard et de neige dans l’atmosphère, dans la gélification de l’eau des rivières et dans la solidification de la lave, etc…
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Échange de chaleur avec transition de phase liquide à vapeurArticle inclus dans l'offre
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5. Échange de chaleur avec transition de phase liquide à solide
Le principe de fonctionnement d’un ECD avec changement d’état liquide®solide de la phase dispersée est analogue à celui d’un échangeur liquide-liquide, mais le régime d’écoulement est de type lit lâche avec un taux de rétention faible pour éviter la solidification au niveau de l’injecteur et sur la virole. L’utilisation de ce type d’échangeur nécessite sur le plan de l’exploitation des moyens technologiques plus importants, notamment en ce qui concerne le traçage (chauffage) de l’injecteur maintenu à une température supérieure à la température de la phase continue, la séparation des phases et l’évacuation de la phase solidifiée hors de l’échangeur (paragraphe 1.2.4).
5.1 Granulométrie des systèmes dispersés avec changement d’état liquide ® solide
La phase dispersée est le plus souvent créée à partir de jets en régime turbulent qui entraînent une granulométrie à large spectre en taille. Les cristallites formées en sortie de la colonne d’échange résultent de divers processus :
-
une désintégration du jet en goutte ;
-
une évolution de la taille des gouttes par coalescence et/ou fragmentation et le blocage de ces phénomènes par la solidification (figure 6).
Pour un couple de fluide donné et une géométrie fixée, la distribution en taille des cristallites est une fonction des grandeurs suivantes :
La relation est complexe et seule une approche expérimentale peut mettre...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PERRY (R.H.) (coordinateur) - Chemical engineers' handbook. - McGraw-Hill New York 1984.
-
(2) - KOLEV (N.I.) - Fragmentation and Coalescence Dynamics in Multiphase Flows. - Experimental Thermal and Fluid Science 6 p. 211-251 1993.
-
(3) - CLIFT (R.), GRACE (J.R.), WEBER (M.E.) - Bubbles, Drops and Particles. - Academic New York 1979.
-
(4) - HESTRONI (G.) - Handbook of Multiphase Systems. - Hemisphere Publishing Corporation Washington New-York London 1982.
-
(5) - WALLIS (G.B.) - One-dimensionnal two-phase flow. - McGraw-Hill 1969.
-
(6) - RICHARDSON (J.S.), ZAKI (W.N.) - Sedimentation and fluidisation. - Trans. Inst. Chem. Eng. Vol. 32 p. 37-53 1954.
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...
ANNEXES
SEILER-MARIE (N.) - Modélisation et simulation des phénomènes d’ébullition et du transfert de chaleur dans la zone d’impact d’un jet sur une plaque chaude. - Institut national polytechnique de Toulouse (2004).
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