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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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Définitions générales6. Conclusions et perspectives
Dans cet article a été précisé le domaine que nous avons analysé. Nous avons montré la généralité de ce que nous avons appelé un échangeur de chaleur et nous avons restreint ce domaine à l'ensemble des échangeurs de chaleur à deux fluides à l'état stationnaire. Les notions de débit de capacité thermique, de différence de température moyenne logarithmique (DTML), d'efficacité, de nombre d'unités de transfert (NUT), de coefficient d'échange thermique global ont été précisées. On a décrit les deux configurations de base des écoulements (co-courant et contre-courant). On a souligné que la configuration contre-courant servira de configuration de référence pour le dimensionnement d'échangeurs ayant d'autres configurations. Un récapitulatif des principales définitions est donné tableau 2.
L'exploitation du schéma ici développé sera donnée dans l'article Échangeurs de chaleur. Dimensionnement thermique [B 2 342] (tant analytique que numérique). Ce schéma s'adapte bien à tous les fluides monophasiques quelle que doit la nature de ces fluides et de la paroi commune. La nature de cette paroi est dictée non seulement par ses propriétés thermiques (conductivité thermique en particulier) mais aussi par des considérations technologiques : pression, mouillabilité, corrosion, vibrations, compatibilité biologique, tenue mécanique... Quant aux fluides, on a considéré qu'ils étaient newtoniens et complètement transparents ou complètement opaques en regard des longueurs d'onde des émissions radiatives qui peuvent intervenir de manière énergétiquement notable.
En effet, le traitement classique n'est pas très bien adapté à la prise en compte des transferts radiatifs et cette difficulté ne doit pas les faire considérer systématiquement comme négligeables. Ils interviennent dans le cas de particules solides transportées par des fluides non opaques, par exemple, pour des températures assez élevées. Cependant, cet effet radiatif est à comptabiliser pour des gaz, même sans particules, s'ils sont actifs dans l'infrarouge. C'est le cas des gaz constitués de molécules non symétriques comme le CO2 , CO...
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Conclusions et perspectives
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).
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(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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