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1 Evaluation des performances thermique et massique des échangeurs thermique lors de la condensation des effluents gazeux en présence dincondensable Mohamed.

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1 1 Evaluation des performances thermique et massique des échangeurs thermique lors de la condensation des effluents gazeux en présence dincondensable Mohamed SAGHIR-Serge RUSSEIL– Bernard BAUDOIN École des Mines de Douai Dépt Énergétique Industrielle BP DOUAI Mines de Douai - Département Énergétique Industrielle

2 2 Air chaud et humide Fluide froid ailette circulaire tube Introduction : les batteries de tubes à ailettes Réduction des coûts dinvestissement de fabrication Réduction des coûts dinvestissement de fabrication Amélioration de lefficacité énergétique & compacité Amélioration de lefficacité énergétique & compacitéEnjeuxindustriels Utilisationsindustrielles Climatisation Climatisation Déshumidification Déshumidification ailette plane

3 3 Num. - Modélisation Résolution des équations de transport (Fluent) Résolution des équations de transport (Fluent) Modélisation de la condensation Modélisation de la condensation a)Disparition de vapeur deau à la paroi b)Dégagement de chaleur latente 1)Équation de continuité 2)Équation de transport de la masse 3)Équation de transport de la quantité de mouvement 4)Équation de transport de la chaleur S SvSvSiSiSvSvSiSi Équations de transport

4 4 Transport des espèces Transport des espèces Transport de la chaleur Transport de la chaleur Ailette condensat Air humide Interface de condensation Conditions aux limites à linterface de condensation Num. - Modélisation

5 5 Air humide t1 t2 t3 t4 L x =0,4 m; L y =0,266 m; H ail = 3.4 mm; ail = 0,4mm; P l =54.6 mm; P t =63 mm; N tubes : 24; N rt : 4 Matériau: acier carbone [Jang (1998) Expérimental] Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, géométrie

6 6 Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Maillage et conditions aux limites Maillage et conditions aux limites : -Vitesse dentrée : 1, 2, 3, 4, 5, 6 m/s - Intensité turbulente à lentrée : 2 % - Température à lentrée : 300 K - Humidité relative 70 % - Température des tubes : 280 K - condition de symétrie : plans médians de lailette et de lespacement inter-ailettes

7 7 Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Comparaison Expérimental/Numérique en régime humide Variables adimensionnelles G : vitesse massique, [kg.m2.s1]

8 8 => Comparaison satisfaisante entre résultats expérimentaux et numériques Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Comparaison Expérimental/Numérique en régime humide Re>3500 différence de quelques pourcents Re<3500 écarts maximaux étant inférieurs à 11.2 % Re>3500 identique Re<3500 écarts maximaux inférieurs à 33 % Re>4500 différence de quelques pourcents Re<4500 écarts maximaux étant inférieurs à 26 %

9 9 Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Fraction massique Au niveau de lailette v frontale = 4 m/s v frontale = 8 m/s Air Taux de condensation Eau Eau

10 10 Influence locale des tubes sur lécoulement de leffluent Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local A lamont de tubes

11 11 Similitude entre le transfert de chaleur et le transfert de masse Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Température Tube 1 Tube 2 Vapeur d´eau Tube 1 Tube 2 Tube 3 Tube 4 Tube 3 Tube 4

12 12 Similitude entre le transfert de chaleur et le transfert de masse Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local

13 13 Num. - Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local

14 14 La variation du h en fonction de la vitesse et du numéro de rangée des tubes Num. - Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local

15 15 Conclusions Études Numériques Conclusions Études Numériques Modélisation de condensation surfacique 1.En 3D : batteries de tubes à ailettes Investigation au niveau local 1.Liens mécanique des fluides, transferts de chaleur et de masse mis en évidence 2.Évaluation de lefficacité massique rang par rang Conclusions et perspectives Ailette e/2 ail h g,0 h g,fin h g,i condensat Air humide Ailette e/2 ail Air humide Film de condensat e cond Perspectives Études Numériques Perspectives Études Numériques Se rapprocher de la physique de la condensation sur les ailettes Film de condensat remplacé par distribution de gouttelettes

16 16 Schéma de discrétisation en espace de S v au 1 er ordre Schéma de discrétisation en espace de S v au 1 er ordre Condensat Interface de condensation Schéma au 1 er ordre Num. - Modélisation

17 17 Interactions entre la mécanique des fluides et les transferts de chaleur Au niveau de lailette Num. - Échangeur à tubes et ailettes planes continues, local A lamont de tubes Air Lignes de courant h sens


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