La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

1 Identification de conditions aux limites dans un système thermique: Etude du cas de lencrassement particulaire des échangeurs de chaleur tubulaires P.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "1 Identification de conditions aux limites dans un système thermique: Etude du cas de lencrassement particulaire des échangeurs de chaleur tubulaires P."— Transcription de la présentation:

1 1 Identification de conditions aux limites dans un système thermique: Etude du cas de lencrassement particulaire des échangeurs de chaleur tubulaires P. TOCHON B. LADEVIE UMR CNRS 2392 Laetitia PEREZ J.C. BATSALE UMR CNRS 8508 GdR GT identification

2 2 Plan de lexposé Quelles définitions? Pourquoi et pour qui ce travail a t il été initié? - Contexte industriel - Contexte scientifique Quelles sont les solutions actuelles au problème? Comment répondons nous à cette demande? - boucle GAZPAR - capteur à excitation thermique interne - capteur de caractérisation angulaire Jusquoù ce travail a pu être mené? Quel avenir?

3 3 Quelles Définitions? (1) Un échangeur thermique est un équipement qui permet dassurer un transfert de chaleur dun fluide chaud à un fluide froid sans contact direct entre les deux fluides 2 grandes classes: Echangeurs tubulaires 70 % Echangeurs à plaques 30 %

4 4 Définitions (2) Ecoulement des deux fluides parallèles et de même sens 3 grands modes découlements des deux fluides:

5 5 Définitions (3) Ecoulement des deux fluides parallèles et de sens contraires 3 grands modes découlements des deux fluides:

6 6 Définitions (4) Ecoulement des deux fluides croisés 3 grands modes découlements des deux fluides:

7 7 Définitions (5) Lencrassement est défini comme laccumulation déléments solides indésirables sur une interface déchange La corrosion Lencrassement biologique Lencrassement par réaction chimique Lentartrage Lencrassement particulaire Il existe 5 grands types dencrassement:

8 8 - échangeurs de chaleur tubulaires - courants croisés - encrassement particulaire Circulation dair chaud chargé de particules Circulation deau froide Chocs pétroliers de 1973 et de 1979 Optimisation des dépenses énergétiques - Raffineries - Incinérateurs dordures ménagères - chaudières…. Pourquoi et pour qui ce travail a t il été initié?

9 9 Définition des grandeurs caractéristiques: h et R d -Dégradation des performances thermo-hydrauliques - Augmentation de la résistance thermique R d - Diminution du coefficient déchange h - Augmentation de la perte de charge Contexte industriel

10 10 conv solide Couche limite thermique th T solide T fluide Loi de Newton Notion empirique très controversée h global : Contexte scientifique Grandeur dun emploi commode Coefficient de transfert de chaleur h (W.m -2.K -1 ) h local : 40° 100° 0°

11 11 paroi Fluide froid (intérieur) Fluide chaud (extérieur) Transfert thermique en conditions propres Résistance dencrassement R d (m 2.K.W -1 ) Contexte scientifique

12 12 paroi Fluide froid (intérieur) Fluide chaud (extérieur) Transfert thermique en conditions propres en conditions encrassantes - Résistance dencrassement R d (m 2.K.W -1 ) Contexte scientifique Paramètre de Miller:

13 13 5 méthodes pour la prise en compte de lencrassement: 1) Détermination de R d 2) Tables TEMA 3) Maintenance prédictive 4) Mesures aux bornes de léchangeur 5) Mesures à laide de sondes Quelles sont les solutions actuelles au problème?

14 14 Solutions actuelles 5 méthodes pour la prise en compte de lencrassement: 1) Détermination de R d 2) Tables TEMA 3) Maintenance prédictive 4) Mesures aux bornes de léchangeur 5) Mesures à laide de sondes

15 15 5 méthodes pour la prise en compte de lencrassement: 1) Détermination de R d 2) Tables TEMA 3) Maintenance prédictive 4) Mesures aux bornes de léchangeur 5) Mesures à laide de sondes Solutions actuelles

16 16 5 méthodes pour la prise en compte de lencrassement: 1) Détermination de R d 2) Tables TEMA 3) Maintenance prédictive 4) Mesures aux bornes de léchangeur 5) Mesures à laide de sondes Solutions actuelles

17 17 5 méthodes pour la prise en compte de lencrassement: 1) Détermination de R d 2) Tables TEMA 3) Maintenance prédictive 4) Mesures aux bornes de léchangeur 5) Mesures à laide de sondes Solutions actuelles

18 18 5 méthodes pour la prise en compte de lencrassement: 1) Détermination de R d 2) Tables TEMA 3) Maintenance prédictive 4) Mesures aux bornes de léchangeur 5) Mesures à laide de sondes Solutions actuelles

19 19 En conclusion: Nécessité de développer des dispositifs de mesure : - peu coûteux - représentatifs des transferts de chaleur - représentatifs des conditions dencrassement - fonctionnant dans des conditions réelles Outils privilégiés de maintenance prédictive Solutions actuelles

20 20 Comment répondons nous à cette demande? La boucle dessai GAZPAR

21 21 Comment répondons nous à cette demande? La boucle dessai GAZPAR

22 22 Capteur à excitation thermique interne Flux imposé Enregistrement de lélévation de température Thermocouples Partie de léchangeur Sonde Isolant Acier Résistance chauffante

23 23 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct Parties de léchangeur Axe du cylindre Sonde

24 24 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct Parties de léchangeur Axe du cylindre Sonde

25 25 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct Parties de léchangeur Axe du cylindre Sonde

26 26 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct Parties de léchangeur Axe du cylindre Sonde

27 27 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct Parties de léchangeur Axe du cylindre Sonde

28 28 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct Parties de léchangeur Axe du cylindre Sonde

29 29 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct Quelques approximations

30 30 Capteur à excitation thermique interne: Modèle direct - Aide au dimensionnement - Etude de sensibilité: X h air * X C p ) acier + dépôt *

31 31 Capteur à excitation thermique interne Protocole expérimental En conditions propres: Température de lair : 50°C Température de leau : 15°C Débits variant de 50 à 100 Nm 3 /h : 3, < Re < 7, En conditions encrassantes: Température de lair : 50°C Température de leau : 15°C Débit : 100 Nm 3 /h, Re = 7, Diamètre aérodynamique moyen médian : 4 µm Essais sur une durée de 13 à 72 heures

32 32 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Conditions propres Amplitude

33 33 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Conditions propres : étude de sensibilité expérimentale Moment dordre 0 Coefficients de sensibilité expérimentaux

34 34 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Conditions propres : Coefficients de sensibilité expérimentaux Courbe enveloppe g(t)

35 35 Capteur à excitation thermique interne: Résultats La réponse en température peut alors sécrire : Conditions propres Pour une petite variation du coefficient de transfert : La variation de lamplitude du signal : Lerreur destimation associée :

36 36 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Conditions propres

37 37 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Conditions encrassantes Moment dordre 0

38 38 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Variation de la constante caractéristique due uniquement au dépôt Développement asymptotique : Formulation indépendante des valeurs nominales Développement asymptotique classique : Conditions encrassantes

39 39 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Le contraste thermique sexprime alors par : En intégrant : Moment dordre -1 Conditions encrassantes

40 40 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Conditions encrassantes : Contrastes thermiques Aire sous la courbe proportionnelle à

41 41 Capteur à excitation thermique interne: Résultats A partir dun modèle simplifié : Alors : Le problème destimation sécrit :

42 42 Capteur à excitation thermique interne: Résultats Prévision de lépaisseur de dépôt Méthode robuste Conditions encrassantes

43 43 Capteur à excitation thermique interne: Conclusion Points forts Points faibles - Modèle direct 3D transitoire - Mesures représentatives de léchange - Mesure du coefficient déchange moyen en conditions propres - Prévision de lépaisseur dencrassement - Pas de gêne due au bruit de mesure - Méthode robuste - Problème de tenue en température - Problème de connectique - Problème dépaisseur de paroi - Plusieurs matériaux constituent la sonde Nouveau capteur

44 44 thermocouples 20° Capteur de caractérisation angulaire de léchange Air chaud + particules [Maillet et Degiovanni, 1989]

45 45 Problème inverse x P1P1 P2P2 Capteur de caractérisation angulaire de léchange

46 46 Problème inverse x P1P1 P2P2 et sont connues Capteur de caractérisation angulaire de léchange

47 47 Capteur de caractérisation angulaire de léchange Protocole expérimental En conditions propres: Température de lair : 80°C Température de leau : 15°C Débits variant de 50 à 100 Nm 3 /h : < Re < En conditions encrassantes: Température de lair : 80°C Température de leau : 15°C Débit : 100 Nm 3 /h, Re = Diamètre aérodynamique moyen médian : 4 µm Essais sur une durée de 11 à 72 heures

48 48 Conditions propres 100 Nm 3 /h Capteur de caractérisation angulaire de léchange: Résultats 40° 100° 0°

49 49 Conditions propres Capteur de caractérisation angulaire de léchange: Résultats

50 50 Conditions encrassantes Capteur de caractérisation angulaire de léchange: Résultats 40° 100° 0°

51 51 Conditions encrassantes Capteur de caractérisation angulaire de léchange: Résultats

52 52 Points forts Points faibles - Mesures représentatives de léchange - Estimation du coefficient déchange local et moyen en conditions propres - Estimation du coefficient déchange local et moyen en conditions encrassantes - Estimation de lépaisseur du dépôt locale et moyenne en conditions encrassantes - Problème de connectique - Problème dépaisseur de paroi Capteur de caractérisation angulaire de léchange: Conclusions

53 53 Jusquoù cette étude a été menée? - Constat : très peu de dispositifs existants - Développement de 2 capteurs thermiques représentatifs de léchange technologiquement simples localisés de faible coût techniques destimation adaptées - Informations précises sur la dégradation des performances

54 54 Quel avenir? - Capteurs développés = prototypes industrialisation - Configuration en faisceau tubulaire - Autres configurations (plaques) - Autres domaines dapplication Mise en place de ses capteurs dans les centrales thermiques EDF

55 55 Merci de votre attention!


Télécharger ppt "1 Identification de conditions aux limites dans un système thermique: Etude du cas de lencrassement particulaire des échangeurs de chaleur tubulaires P."

Présentations similaires


Annonces Google