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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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Analyse énergétique globale4. Relations entre les mesures aux entrées-sorties et le fonctionnement interne
Rappelons les grandeurs que l'on peut mesurer aux entrées – sorties, les caractéristiques physiques des deux fluides étant connues : ce sont les quatre températures et les deux débits- masse.
Les changements de phase éventuels sont déterminés par la variation du titre entre l'entrée et la sortie du (ou des) fluide(s) diphasiques(s). Le fonctionnement interne est caractérisé par le coefficient d'échange global K, dépendant lui-même des deux coefficients d'échange de chacun des fluides vis-à-vis de la paroi d'échange ainsi que de sa résistance conductive.
Nous allons définir les relations classiques entre les mesures aux bornes du quadripôle et son fonctionnement interne.
4.1 Hypothèse du coefficient d'échange global K constant
L'établissement des relations n'est simple qu'en passant par une hypothèse essentielle.
Le coefficient d'échange global K reste constant sur toute la longueur de l'échangeur.
4.1.1 Conditions nécessaires à l'hypothèse K constant
-
Échange radiatif faible
C'est le cas lorsque les écarts de températures ne sont pas trop élevés. Dans ce cas, cet échange peut être linéarisé et inclus dans le coefficient d'échange convectif. C'est le cas où l'échange convectif est dominant et s'y ajoute une correction toujours additive (et jamais soustractive).
Cette correction a déjà été signalée précédemment en écrivant h = h c + h r . Cependant, l'erreur commise n'est pas constante le long de l'échangeur. En effet, si le flux convectif varie en (T 1 – T p) (x ), l'évolution du flux radiatif s'effectue suivant une puissance supérieure. Parfois, la linéarisation peut être admise sur une partie de l'échangeur seulement.
-
Section de passage de chaque fluide constante en x
Examinons sommairement les conséquences d'un exemple où ce n'est pas le cas. Pour un dièdre (plaques planes), le débit-masse, le nombre de Reynolds...
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Relations entre les mesures aux entrées-sorties et le fonctionnement interne
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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