Transferts en changement de phase - Condensation sur des surfaces lisses

Le changement de phase de l’état vapeur à l’état liquide est désigné par la condensation. Ce phénomène est souvent rencontré dans les processus industriels et joue un rôle important dans les installations motrices à vapeur, les machines frigorifiques et les pompes à chaleur. Dans les condenseurs industriels la vapeur à condenser est séparée du fluide froid par une surface intermédiaire. Lorsqu’une vapeur se trouve en contact avec une surface dont la température est inférieure à la température de saturation de la vapeur, il y a changement de phase vapeur-liquide donnant naissance à un transfert de chaleur important.

Or, la condensation de la vapeur sur une paroi refroidie donne naissance à deux types de phénomènes qui se caractérisent par l’aspect visuel du condensat formé. Dans le premier cas le condensat recouvre la surface sous la forme d’un film continu et on parle de condensation en film. Dans le second cas les gouttelettes liquides se forment sur la surface et on parle de condensation en gouttes. Les appareils industriels sont dimensionnés en admettant une condensation en film. L’échange thermique lors de la condensation en gouttes est plus élevé que celui pour la condensation en film, mais la condensation en gouttes est difficile à maintenir sur un long terme. Elle résulte en effet de la non-mouillabilité du solide par le film de condensat à cause de la présence de molécules organiques sur la surface. Le dépôt d’une fine couche de matière plastique (téflon) est parfois utilisé pour développer la condensation en gouttes, mais ceci introduit une résistance thermique supplémentaire et l’amélioration de l’échange n’est pas aussi spectaculaire qu’on le souhaiterait. Actuellement, il n’y a pas de méthode d’analyse théorique fiable pour traiter la condensation directe et seuls les résultats d’essais sur des revêtements spécifiques sont utilisés pour déterminer l’échange thermique. Ces résultats ne seront pas présentés dans ce dossier qui est consacré à la condensation en film.

La théorie de base est présentée ainsi que la condensation sur des surfaces lisses avec, en application, la condensation soit à l’extérieur, soit à l’intérieur de tubes cylindriques à base circulaire.