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6 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : BE9515 v1

Analyse énergétique globale
Échangeurs de chaleur - Définitions et principes généraux

Auteur(s) : André BONTEMPS

Relu et validé le 25 juin 2021

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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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Auteur(s)

  • André BONTEMPS : Professeur émérite - Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI) - Université Joseph Fourier, Grenoble, France - Actualisation de l'article [B 2 340] écrit par BONTEMPS (A.), GARRIGUE (A.) GOUBIER[nbsp ](Ch.), HUETZ (J.), MARVILLET (Ch.), MERCIER (P.), VIDIL (R.) en 1994 et mis à jour par BONTEMPS (A.) en 2013

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9515


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5. 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 :

Φ meca  = Q ˙ v Δp

avec :

Q ˙ v
 : 
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 :

...

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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...

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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

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