Quel est le type d’échangeur de chaleur – Classification des échangeurs de chaleur – Définition

Types d’échangeurs de chaleur – Classification. Les échangeurs de chaleur sont généralement classés en fonction de la disposition des flux et du type de construction. Génie thermique

Échangeurs de chaleur

Condenseur de surface Source: wikipedia.org Licence: CC BY-SA 3.0
Condenseur de surface

Les échangeurs de chaleur sont des dispositifs utilisés pour transférer de l’énergie thermique d’un fluide à un autre sans mélanger les deux fluides. Les fluides sont généralement séparés par une paroi solide (avec une conductivité thermique élevée ) afin d’empêcher tout mélange ou ils peuvent être en contact direct.

L’exemple classique d’ échangeur de chaleur se trouve dans un moteur à combustion interne dans lequel un liquide de refroidissement moteur traverse des serpentins de radiateur et de l’air passe par les serpentins, ce qui refroidit le liquide de refroidissement et réchauffe l’air entrant. En génie électrique, les applications courantes des échangeurs de chaleur incluent les générateurs de vapeur , les ventilateurs, les échangeurs de chaleur à eau de refroidissement et les condenseurs . Par exemple, un générateur de vapeur est utilisé pour convertir l’ eau d’alimentation en vapeur d’ eau issue de la chaleur produite dans le cœur d’ un réacteur nucléaire . La vapeur produite entraîne la turbine.

Le transfert de chaleur dans un échangeur thermique implique généralement une convection dans chaque fluide et une conduction thermique à travers la paroi séparant les deux fluides. Dans l’analyse des échangeurs de chaleur, il est souvent commode de travailler avec un coefficient global de transfert de chaleur , connu comme un facteur U . Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de Newton sur le refroidissement .

De plus, les ingénieurs utilisent également la différence de température moyenne logarithmique ( LMTD ) pour déterminer la force motrice de la température pour le transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur.

Référence spéciale: John R. Thome, Engineering Data Book III. Wolverine Tube Inc. 2004.

 

Types d’échangeurs de chaleur – Classification des échangeurs de chaleur

Les échangeurs de chaleur sont généralement classés en fonction de la disposition des flux et du type de construction. L’ échangeur de chaleur le plus simple est celui pour lequel les fluides chauds et froids se déplacent dans le même sens ou dans des directions opposées. Cet échangeur de chaleur est constitué de deux tuyaux concentriques de diamètres différents.

  • arrangement à flux parallèle . Dans l’arrangement à flux parallèle, les fluides chauds et froids entrent par la même extrémité, s’écoulent dans la même direction et partent par la même extrémité.
  • arrangement à contre-courant . Dans le dispositif à contre-courant, les fluides entrent par des extrémités opposées, s’écoulent dans des directions opposées et sortent par des extrémités opposées.

La figure représente les directions du flux de fluide dans les échangeurs parallèles et à contre-courant. Dans des conditions comparables, plus de chaleur est transférée dans un agencement à contre-courant que dans un échangeur de chaleur à écoulement parallèle. Les profils de température des deux échangeurs de chaleur indiquent deux inconvénients majeurs dans la conception à flux parallèle.

  • La grande différence de température aux extrémités entraîne d’importantes contraintes thermiques.
  • La température du fluide froid sortant de l’échangeur de chaleur ne dépasse jamais la température la plus basse du fluide chaud.

La conception d’un échangeur de chaleur à écoulement parallèle est avantageuse lorsque deux fluides doivent être amenés à presque la même température.

échangeur de chaleur - flux parallèleéchangeur de chaleur - contre-courant

La surface de transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur peut être agencée sous plusieurs formes. Les échangeurs de chaleur sont donc également classés comme:

  • Échangeurs de chaleur à double tube. Les échangeurs de chaleur à double tube sont bon marché pour la conception et la maintenance, ce qui en fait un bon choix pour les petites industries. Dans ces échangeurs, un fluide s’écoule à l’intérieur du tube et l’autre fluide s’écoule à l’extérieur. Bien qu’ils soient simples et bon marché, leur faible efficacité couplée à l’espace élevé occupé à grande échelle, a conduit les industries modernes à utiliser des échangeurs de chaleur plus efficaces comme la coque et le tube.
  • Échangeurs de chaleur à coque et à tube.Les échangeurs de chaleur à coque et à tube dans leurs diverses modifications de construction sont probablement la configuration d’échangeur de chaleur de base la plus répandue et la plus couramment utilisée dans l’industrie. Les échangeurs de chaleur à coque et à tube sont en outre classés en fonction du nombre de passages de coque et de tube impliqués. Les échangeurs de chaleur à coque et à tube sont généralement utilisés pour des applications à haute pression (avec des pressions supérieures à 30 bars et des températures supérieures à 260 ° C). En effet, les échangeurs de chaleur à coque et à tube peuvent résister à des pressions élevées en raison de leur forme. Dans ce type d’échangeur de chaleur, un certain nombre de tuyaux de petit diamètre sont installés entre deux plaques tubulaires et le fluide primaire s’écoule à travers ces tubes. Le faisceau de tubes est placé à l’intérieur d’une coque et le fluide secondaire s’écoule à travers la coque et sur la surface des tubes. En génie nucléaire,l’eau d’alimentation en vapeur de la chaleur produite dans un cœur de réacteur nucléaire . Pour augmenter la quantité de chaleur transférée et la puissance générée, la surface d’ échange de chaleur doit être maximisée. Ceci est obtenu en utilisant des tubes . Chaque générateur de vapeur peut contenir de 3 000 à 16 000 tubes, chacun d’environ 19 mm de diamètre.
  • Échangeurs de chaleur à plaques. Un échangeur de chaleur à plaques est un type d’échangeur de chaleur qui utilise des plaques métalliques pour transférer la chaleur entre deux fluides. Cet agencement est populaire avec les échangeurs de chaleur utilisant de l’air ou du gaz ainsi qu’un débit de fluide à plus faible vitesse. L’exemple classique d’un échangeur de chaleur se trouve dans un moteur à combustion interne dans lequel un liquide de refroidissement du moteur circule à travers les serpentins du radiateur et de l’air passe devant les serpentins, ce qui refroidit le liquide de refroidissement et chauffe l’air entrant. Par rapport aux échangeurs à coque et à tube, l’agencement à plaques empilées a généralement un volume et un coût inférieurs. Une autre différence entre les deux est que les échangeurs à plaques servent généralement des fluides de basse à moyenne pression, par rapport aux pressions moyennes et élevées de la coque et du tube.

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