Echangeur eau/eau tubulaire concentrique à courants opposés

Thèmes abordés

Sciences - Ingénierie - Industrie, laboratoire, changeur eau, eau tubulaire concentrique à courants opposés, fluide, méthode d'Hausbrand, méthode adimensionnelle, méthode par modélisation, bilan thermique, know sure thing KST, échangeur

Résumé du document

L'essai proposé a pour objectif d'étudier le comportement d'un échangeur de chaleur tubulaire concentrique EAU/EAU en régime établi dans le cas d'écoulements à contre-courant.
Cette étude comporte les points principaux suivants :
- Le bilan thermique de l'échangeur de chaleur.
- La détermination du kSt :
- Par la méthode d'Hausbrand
- Par la méthode adimensionnelle
- Par modélisation, pour le régime nominal de fonctionnement, appelé par la suite "essai A".
- L'étude de la variation du coefficient kSt par les 3 méthodes, en fonction des modifications
d'écoulement des fluides par rapport aux conditions (essai B à E).

Extraits

[...] Les incertitudes sur les températures peuvent être négligées car on prend uniquement en compte les variations de températures. Les erreurs sont donc compensées. On décide de se baser, pour la suite, sur les puissances électriques uniquement. En effet, il serait nécessaire d'avoir des appareils de mesures de débits présentant une incertitude de mesure faible, ce qui n'est pas le cas ici. L'inconvénient de l'utilisation de la puissance éléctrique est qu'elle ne prend pas en compte les pertes vers l'ambiance à travers les canalisations. [...]

[...] Nous pourrons aussi discuter de la véracité de la valeur 52,23 obtenue par la méthode adimensionelle via l'essai D. Le méthode de Hausbrand présente donc des résultats constants tandis que la méthode de modélisation se base sur plusieurs hypothèses simplificatrices. On peut dire que c'est la méthode de Hausbrand qui représente le mieux la réalité. Nous pouvons aussi constater que l'isolation du système est perfectible. La chaleur s'en va donc dans l'air. [...]

[...] Nous obtenons avec les deux autres méthodes (e-NTU et adimensionelle) des résultats assez semblables, en tout cas pour les essai B et C. Un écart apparait à partir de l'essai D et E. Cela pourrait provenir d'une précipitation lors des mesures : le régime n'était pas établi. Selon nous, la valeur de kSt qui caractéristerait l'échangeur serait très proche de 100. Nous observons une valeur de kSt singulière obtenue par la méthode -NTU pour l'essai E : 16,99 Elle est donc à exlcure. [...]

[...] Si le c ∗ qm,min est très petit devant le c ∗ qm,max , on se rend compte que le kSt devient de plus en plus faible. Nous pouvons donc en conclure que les meilleures conditions de fonctionnement d'un échangeur concentrique à courant inverse sont avec des débits de fluide chaud et froid les plus élevés possibles. De plus, les incertitudes de calculs sont les plus faibles pour la méthode de Hausbrand car nous avons utilisé une puissance qui était directement mesuré par un wattmètre. La méthode de modélisation se base sur un transfert idéal, ce qui pourrait expliquer les différences par rapport aux autres méthodes. [...]

[...] global d'éch. paroi Coeff. kc kSt Essai A Essai B Essai C Essai D Essai E Fluide ch Fluide ch Fluide ch Fluide ch Fluide ch Table 5 – Tableau des valeurs calculées par la méthode par modélisation Exemple de calcul (essai • Fluide chaud : Température du fluide : Tf luide,ch = T1 = + = Coefficient de conduction du fluide ( par interpolation ) : λeau = [ + ( − 40) ∗ ( − = [ W ] m2 K Viscosité dynamique ( par interpolation ) : η = [ − ( − 40) ∗ ( − ∗ 10−3 = ∗ 10− a ∗ Viscosité cinématique : η ∗ 10− 3 = = ∗ 10−6 ρ 1000 [ m2 ] s Débit volume : Qv = ∗ 10−3 Qechaud = = ∗ 10− [ m3 ] s Vitesse d'écoulement du fluide : Qv ∗ 10− 3 = = A ∗ [ m ] s Nombre de Reynolds : Re = ∗ v ∗ Dh = = 30722 ∗ 10− 6 Nombre de Nusselt : N u = ∗ Re0,8 ∗ P r0,33 = ∗ 307220,8 ∗ = Nombre de Prandtl : Pr = ∗ Cp ∗ ∗ 10− 3 = = λeau Coefficient convectif : λeau ∗ N u = Dh Coefficient global d'échange de la paroi cylindrique : α= kc = [ [ W ] m2 K rext 1 + ∗ ln( ]−1 = αint ∗ rint λ rint αext ∗ rext [ Coefficient kSt : kSt = kc ∗ 2π ∗ l = ∗ 2π ∗ = [ W ] K W ] mK Conclusions Commentaires sur les mesures La puissance à vide correspond à la puissance consommée par le circuit, la chaudière étant éteinte (donc commsommée majoritairement par les circulateurs). [...]