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Evaluation des performances thermique et massique des échangeurs thermique lors de la condensation des effluents gazeux

Evaluation des performances thermique et massique des échangeurs thermique lors de la condensation des effluents gazeux en présence d’incondensable. Mines de Douai - Département Énergétique Industrielle. Mohamed SAGHIR-Serge RUSSEIL– Bernard BAUDOIN saghir@ensm-douai.fr.

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Evaluation des performances thermique et massique des échangeurs thermique lors de la condensation des effluents gazeux

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  1. Evaluation des performances thermique et massique des échangeurs thermique lors de la condensation des effluents gazeux en présence d’incondensable Mines de Douai - Département Énergétique Industrielle Mohamed SAGHIR-Serge RUSSEIL– Bernard BAUDOIN saghir@ensm-douai.fr École des Mines de Douai Dépt Énergétique Industrielle BP 838 59 508 DOUAI

  2. Introduction : les batteries de tubes à ailettes • Climatisation • Déshumidification Utilisations industrielles • Réduction des coûts d’investissement de fabrication • Amélioration de l’efficacité énergétique & compacité Enjeux industriels Air chaud et humide ailette circulaire Fluide froid tube ailette plane

  3. Num. - Modélisation • Équation de continuité • Équation de transport de la masse • Équation de transport de la quantité de mouvement • Équation de transport de la chaleur • Modélisation de la condensation • Disparition de vapeur d’eau à la paroi • Dégagement de chaleur latente Sv Si Équations de transport • Résolution des équations de transport (Fluent) S

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

  5. Air humide [Jang (1998) Expérimental] t1 Lx=0,4 m; Ly=0,266 m; Hail = 3.4 mm; dail = 0,4mm; Pl=54.6 mm; Pt=63 mm; Ntubes: 24; Nrt: 4 Matériau: acier carbone t2 t3 t4 Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, géométrie

  6. Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Maillage et conditions aux limites : - condition de symétrie : plans médians de l’ailette et de l’espacement inter-ailettes • Vitesse d’entrée : 1, 2, 3, 4, 5, 6 m/s • Intensité turbulente à l’entrée : 2 % • Température à l’entrée : 300 K • - Humidité relative 70 % • Température des tubes : 280 K

  7. Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Comparaison Expérimental/Numérique en régime humide • Variables adimensionnelles G : vitesse massique, [kg.m−2.s−1]

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

  9. Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Air Taux de condensation Eau Eau • vfrontale = 8 m/s • vfrontale = 4 m/s Fraction massique Au niveau de l’ailette

  10. Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Influence locale des tubes sur l’écoulement de l’effluent A l’amont de tubes

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

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

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

  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. hg,fin Air humide Air humide e/2 e/2 hg,i condensat econd hg,0 Film de condensat Ailette Ailette dail dail Conclusions et perspectives • Conclusions Études Numériques • Modélisation de condensation surfacique • En 3D : batteries de tubes à ailettes • Investigation au niveau local • Liens mécanique des fluides, transferts de chaleur et de masse mis en évidence • Évaluation de l’efficacité massique rang par rang • Perspectives Études Numériques Se rapprocher de la physique de la condensation sur les ailettes  Film de condensat remplacé par distribution de gouttelettes

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

  17. Lignes de courant Air hsens Num. - Échangeur à tubes et ailettes planes continues, local Interactions entre la mécanique des fluides et les transferts de chaleur Au niveau de l’ailette A l’amont de tubes

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