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RÉSUMÉ
L'échangeur de chaleur, instrument clé du thermicien ou de l'énergéticien, permet de contrôler la température d'un système ou d'un produit en échangeant de la chaleur entre deux milieux. Ce principe est mis en oeuvre dans de nombreuses applications courantes : chauffage, climatisation, réfrigération, refroidissement électronique, génie des procédés, stockage d'énergie ou production d'énergie mécanique (ou électrique) à partir d'énergie thermique. Dans l'échangeur classique, un fluide chaud transfère une partie de son enthalpie à un fluide froid. Ce type d'échangeur servira de base pour donner les définitions et les paramètres nécessaires à son dimensionnement, ainsi qu'à la compréhension des phénomènes. D'autres types d'échangeurs sont également évoqués.
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The heat exchanger, key instrument for thermal or energy engineers, is a device which allows the temperature of a system or a substance to be controlled when exchanging heat from a medium to another. It is essential in many usual applications: heating, air-conditioning, refrigeration, electronic cooling, in process industries, in energy storage or for mechanical (or electrical) energy production in power plants. In a classical heat exchanger, a hot fluid exchanges a part of its enthalpy to a cold fluid. This type of heat exchanger will serve as a reference in this article to give definitions and parameters required for understanding phenomena and for sizing or rating. Other types of existing heat exchangers will also be mentioned.
Auteur(s)
-
André BONTEMPS : Professeur émérite - Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI) - Université Joseph Fourier, Grenoble, France -
INTRODUCTION
L'échangeur de chaleur, instrument clé du thermicien ou de l'énergéticien permet de contrôler la température d'un système ou d'un produit en échangeant de la chaleur entre deux milieux. Il est indispensable dans de nombreuses applications courantes, chauffage, climatisation, réfrigération, refroidissement électronique, en génie des procédés, pour le stockage d'énergie ou la production d'énergie mécanique (ou électrique) à partir d'énergie thermique. Dans l'échangeur classique, un fluide chaud transfère une partie de son enthalpie à un fluide froid. Ce type d'échangeur sert de base pour donner les définitions et les paramètres nécessaires à son dimensionnement ainsi qu'à la compréhension des phénomènes. D'autres types d'échangeurs existent qui sont également évoqués.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
heating | cooling | Thermic | process | energetic
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Conclusions et perspectives5. Analyse énergétique globale
La comparaison d'un échangeur à un autre dépend du type de performances que l'on en attend (transfert de chaleur maximal, coût d'investissement minimal, coût de fonctionnement, poids, volume, puissance mécanique nécessaire, tenue à des conditions extrêmes, durée de vie...). De plus, on ne peut faire abstraction du procédé dans lequel l'échangeur est inclus et l'optimisation doit en tenir compte . Nous nous limitons ici à la comparaison de la puissance thermique transférée et de la puissance mécanique nécessaire à la circulation des fluides.
En effet, un échangeur dont le flux transféré (puissance thermique) est Φ, nécessite une puissance mécanique Φ meca pour assurer le transfert de chaque fluide à travers l'échangeur. Cette puissance sert à vaincre les pertes de pression dans l'échangeur et peut être mise sous la forme :
avec :
-
![]()
: - débit-volume d'un des fluides,
- Δp :
- perte de pression par frottement de ce fluide dans l'échangeur.
Il convient de bien faire la distinction entre les pertes de pression irréversibles et les variations de pression dues, par exemple, aux variations de température. Ne considérant que la perte de pression par frottement, généralement prépondérante, celle-ci peut être mise sous la forme :
L'échangeur étant partagé en plusieurs éléments...
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Analyse énergétique globale
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHAH (R.K.), SEKULIC (D.P.) - Fundamentals of heat exchanger design. - Wiley & sons, Hoboken, New Jersey, USA, 941 p. (2003).
-
(2) - KUPPAN (T.) - Heat exchanger design handbook. - CRC Press, Taylor & Francis group, 1 119 p. (2000).
-
(3) - KAKAC (S.), LIU (H.), PRAMUANJAROENKIJ (A.) - Heat exchangers. Selection, rating, and thermal design. - CRC Press, Taylor & Francis group, 615 p. (2012).
-
(4) - ANXIONNAZ (Z.), CABASSUD (M.), GOURDON (C.), TOCHON (P.) - Heat exchangers/reactors (HEX reactors) : concepts, technologies : State-of-the-art. - Chemical Engineering and Processing : Process Intensification, 47, p. 2029-2050 (2008).
-
(5) - SACADURA (J.-F.) - Initiation aux transferts thermiques. - Tech & Doc/Lavoisier, Paris, 442 p. (1993).
-
(6) - INCROPERA...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Transmission de l'énergie thermique. Conduction.
-
Convection thermique et massique. Partie 1 : Nombre de Nusselt.
-
Convection thermique et massique. Partie 2 : Nombre de Nusselt.
-
Systèmes diphasiques de contrôle thermique. Thermosiphons et caloducs.
-
...
ANNEXES
Bvents http://www.bvents.com/fr/
Conference alerts http://www.conferencealerts.com/
BaseAcademic resources http://www.ourglocal.com/
All conferences http://www.allconferences.com/
Events & Conference directory http://www.events.einnews.com/
Base de données Fridoc (domaine du froid) http://www.iifiir.org/
Manuel technique GRETh (fiches de calcul, base dataphy) http://www.greth.fr/_
ProSim (propriétés thermodynamiques et simulation de procédés) http://www.prosim.net/fr/logiciels-simulis-thermodynamics-3.php
HAUT DE PAGE
Interclima http://www.interclimaelec.com/
Batimat http://www.batimat.com/...
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1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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