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Article de référence | Réf : BE9515 v1

Définitions générales
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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ABSTRACT

Heat exchangers ? Definitions and general principles

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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KEYWORDS

heating   |   cooling   |   Thermic   |   process   |   energetic

DOI (Digital Object Identifier)

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


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1. Définitions générales

La définition la plus générale que nous puissions donner d'un échangeur thermique est celle d'un appareil permettant de transférer la chaleur d'une source à un puits. La source et le puits peuvent être constitués d'un écoulement fluide (cas le plus fréquent) ou d'un fluide et d'un solide (cas fréquent en refroidissement électronique). Dans chacun des cas, le ou les fluides échangent de la chaleur avec une paroi d'échange qui peut être la paroi séparant les fluides ou la surface du solide en contact avec le fluide. Il existe aussi des échangeurs à contact direct entre les fluides.

Deux grandes classes peuvent être distinguées   :

  • les récupérateurs. Par ce terme, nous désignons les échangeurs dans lesquels la chaleur est instantanément transmise d'un fluide chaud à un fluide froid. On néglige donc l'inertie thermique des parois d'échanges ;

  • les régénérateurs. Ce sont les échangeurs dans lesquels on utilise l'inertie thermique pour stocker la chaleur avant qu'elle soit transférée au milieu froid. Ce stockage peut être réalisé en utilisant la chaleur sensible d'un milieu, sa chaleur latente ou encore une réaction thermochimique réversible.

Les échangeurs à contact direct n'entrent dans aucune des catégories ci-dessus. Ce sont des échangeurs qui n'utilisent pas de paroi d'échange pour séparer deux fluides. Les fluides sont donc non miscibles.

Une...

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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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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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