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RÉSUMÉ
Dans cet article, on donne les principes pour dimensionner un échangeur de chaleur et pour évaluer les performances d’un échangeur existant. Deux démarches sont décrites, une démarche analytique et une démarche numérique. Dans la démarche analytique, les deux principales méthodes sont proposées : la méthode dite du DTML (Différence de Température Moyenne Logarithmique) mieux adaptée au dimensionnement et la méthode de l’efficacité – NUT (Nombre d’Unités de Transfert) mieux adaptée à l’évaluation. Pour la démarche numérique, après quelques éléments sur les principes de base des méthodes numériques, l’accent est mis sur des exemples d’utilisations montrant l’aide apportée pour la mise en évidence des problèmes de dimensionnement et de conception (distribution, géométries internes, intensification des transferts de chaleur,…)
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Lire l'articleAUTEUR(S)
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André BONTEMPS : Professeur émérite - Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI) - Université Joseph Fourier
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Jean-François FOURMIGUé : Ingénieur – Chercheur - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Cet article est la réédition actualisée de l'article [B 2 340] précédemment écrit par A. BONTEMPS, A. GARRIGUE, Ch. GOUBIER, J. HUETZ, Ch. MARVILLET, P. MERCIER et R. VIDIL
INTRODUCTION
Les outils à la disposition de l'ingénieur pour le dimensionnement d'un échangeur ou pour l'évaluation des performances d'un échangeur existant sont très nombreux et le choix peut alors sembler très difficile. Ils sont en fait très complémentaires et peuvent être utilisés successivement lors d'une démarche de dimensionnement d'un appareil.
Les méthodes analytiques suffisent pour dimensionner un échangeur ou pour évaluer les performances d'un échangeur déjà défini dans le cadre d'un procédé industriel déjà bien maîtrisé et d'une gamme d'équipements classiques déjà utilisés sur un procédé similaire. C'est d'ailleurs sur des méthodes de ce type que sont basés les outils métiers des fabricants. Le plus qu'elles apportent est de s'appuyer sur des bases de données de performances, pertes de pression et coefficients d'échange, basée sur des mesures réalisées sur leurs échangeurs. Les deux principales méthodes, décrites dans cet article, sont la méthode du DTML (différence de température moyenne logarithmique), mieux adaptée au dimensionnement et la méthode de l'efficacité – NUT (nombre d'unités de transfert), mieux adaptée à l'évaluation des transferts de chaleur d'un échangeur déjà défini.
La simulation numérique vient après quand on sort des configurations classiques, en particulier pour les fluides, les régimes de fonctionnement, et que des problèmes peuvent se présenter en termes de distribution ou d'échange thermique local. Les simulations peuvent alors apporter une information beaucoup plus fine avec une représentation 1D, 2D ou 3D des écoulements et transferts de chaleur.
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MOTS-CLÉS
| | Cryogénie | Pétrochimie
DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)
Échangeurs de chaleur - Dimensionnement thermique
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