{"id":43038,"date":"2019-10-07T22:47:08","date_gmt":"2019-10-07T21:47:08","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/quest-ce-que-lanalyse-des-echangeurs-de-chaleur-calcul-des-performances-definition\/"},"modified":"2020-02-05T14:57:25","modified_gmt":"2020-02-05T13:57:25","slug":"quest-ce-que-lanalyse-des-echangeurs-de-chaleur-calcul-des-performances-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/fr\/quest-ce-que-lanalyse-des-echangeurs-de-chaleur-calcul-des-performances-definition\/","title":{"rendered":"Qu’est-ce que l’analyse des \u00e9changeurs de chaleur – Calcul des performances – D\u00e9finition"},"content":{"rendered":"
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Dans l’analyse des \u00e9changeurs de chaleur, il est souvent pratique de travailler avec des termes tels que LMTD et U-factor.\u00a0Ces termes sont d\u00e9finis dans Analyse des \u00e9changeurs de chaleur – Calcul des performances.\u00a0G\u00e9nie thermique<\/div>\n<\/div>\n
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Analyse de l’\u00e9changeur de chaleur – Calcul de l’\u00e9changeur de chaleur<\/h2>\n

Les \u00e9changeurs de chaleur\u00a0sont couramment utilis\u00e9s dans l’industrie et la conception appropri\u00e9e d’un \u00e9changeur de chaleur d\u00e9pend de nombreuses variables.\u00a0<\/strong>Dans l’analyse des \u00e9changeurs de chaleur, il est souvent commode de travailler avec un\u00a0\u00a0coefficient global de transfert de chaleur<\/a>\u00a0,\u00a0<\/strong>connu comme un\u00a0facteur U<\/strong>.\u00a0Le facteur U est d\u00e9fini par une expression analogue \u00e0\u00a0\u00a0la loi de Newton sur le refroidissement<\/a>\u00a0.\u00a0<\/strong>De plus, les ing\u00e9nieurs utilisent \u00e9galement la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature moyenne logarithmique (LMTD<\/strong>) pour d\u00e9terminer la force motrice de la temp\u00e9rature pour le transfert de chaleur dans les \u00e9changeurs de chaleur.<\/p>\n

R\u00e9f\u00e9rence sp\u00e9ciale: John R. Thome, Engineering Data Book III.\u00a0Wolverine Tube Inc. 2004.<\/p>\n

Ces termes et m\u00e9thodes, qui sont largement utilis\u00e9s pour\u00a0s\u00e9lectionner un \u00e9changeur de chaleur appropri\u00e9, sont d\u00e9crits ci-dessous.<\/strong><\/p>\n

Analyse d’\u00e9changeur de chaleur – Calcul de performance<\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Coefficient de transfert de chaleur global<\/h2>\n

\"Facteur<\/a>Un\u00a0\u00e9changeur de chaleur<\/strong>\u00a0implique g\u00e9n\u00e9ralement deux fluides en \u00e9coulement s\u00e9par\u00e9s par une paroi solide.\u00a0Un grand nombre des processus de transfert de chaleur rencontr\u00e9s dans l’industrie impliquent des syst\u00e8mes composites et m\u00eame une combinaison de\u00a0conduction<\/a>\u00a0et de\u00a0convection<\/a>\u00a0.\u00a0La chaleur est d’abord transf\u00e9r\u00e9e du fluide chaud au mur par convection, \u00e0 travers le mur par conduction et de nouveau du fluide au froid par convection.<\/p>\n

Avec ces syst\u00e8mes composites, il est souvent commode de travailler avec un\u00a0coefficient global de transfert de chaleur<\/a>\u00a0,<\/strong>\u00a0connu comme un\u00a0facteur U<\/strong>\u00a0.\u00a0Le facteur U est d\u00e9fini par une expression analogue \u00e0\u00a0la loi de Newton sur le refroidissement<\/strong>\u00a0:<\/p>\n

\"coefficient<\/a><\/p>\n

Le\u00a0coefficient global de transfert de chaleur, U,<\/strong>\u00a0est li\u00e9 \u00e0 la\u00a0r\u00e9sistance thermique totale<\/a>\u00a0et d\u00e9pend de la g\u00e9om\u00e9trie du probl\u00e8me.\u00a0Par exemple,\u00a0le transfert de chaleur<\/a>\u00a0dans un\u00a0g\u00e9n\u00e9rateur de vapeur<\/a>\u00a0implique la convection de la majeure partie du liquide de refroidissement du r\u00e9acteur vers la surface du tube interne du g\u00e9n\u00e9rateur de vapeur, la conduction \u00e0 travers la paroi du tube et la convection (\u00e9bullition) de la surface du tube externe vers le fluide du c\u00f4t\u00e9 secondaire.<\/p>\n

En cas de transfert de chaleur combin\u00e9 pour un \u00e9changeur de chaleur, il existe deux valeurs pour h.\u00a0Il existe un coefficient de transfert de chaleur par convection (h) pour le film de fluide \u00e0 l’int\u00e9rieur des tubes et un coefficient de transfert de chaleur par convection pour le film de fluide \u00e0 l’ext\u00e9rieur des tubes.\u00a0La\u00a0conductivit\u00e9 thermique<\/a>\u00a0(k) et l’\u00e9paisseur (\u0394x) de la paroi du tube doivent \u00e9galement \u00eatre prises en compte.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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La surveillance en ligne des\u00a0\u00e9changeurs de chaleur<\/strong>\u00a0commerciaux\u00a0se fait en suivant le\u00a0coefficient de transfert de chaleur global\u00a0<\/strong>, car le coefficient de transfert de chaleur global a tendance \u00e0 diminuer avec le temps en raison de l’\u00a0encrassement\u00a0<\/strong>.\u00a0En calculant p\u00e9riodiquement le coefficient de transfert de chaleur global \u00e0 partir des d\u00e9bits et des temp\u00e9ratures de l’\u00e9changeur, l’op\u00e9rateur de l’\u00e9changeur de chaleur peut estimer la dur\u00e9e de vie des \u00e9changeurs de chaleur.<\/div>\n<\/div>\n
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Diff\u00e9rence logarithmique de temp\u00e9rature moyenne – LMTD<\/span><\/h2>\n

Afin de r\u00e9soudre certains probl\u00e8mes d’\u00e9changeur de chaleur, les\u00a0<\/span>ing\u00e9nieurs<\/span><\/strong>\u00a0utilisent souvent une\u00a0<\/span>diff\u00e9rence de temp\u00e9rature moyenne logarithmique (LMTD)<\/span><\/strong>\u00a0, qui est utilis\u00e9e pour d\u00e9terminer la force motrice de temp\u00e9rature pour le transfert de chaleur dans les \u00e9changeurs de chaleur.\u00a0<\/span>Le LMTD<\/span><\/strong>\u00a0est introduit du fait que le changement de temp\u00e9rature qui a lieu \u00e0 travers l’\u00e9changeur de chaleur de l’entr\u00e9e \u00e0 la sortie n’est\u00a0<\/span>pas lin\u00e9aire<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Le transfert de chaleur \u00e0 travers la paroi de l’\u00e9changeur de chaleur \u00e0 un endroit donn\u00e9 est donn\u00e9 par l’\u00e9quation suivante:<\/span><\/p>\n

\"coefficient<\/a><\/p>\n

\"diff\u00e9rence<\/a>Ici, la valeur du\u00a0<\/span>coefficient global de transfert de chaleur<\/span><\/strong>\u00a0peut \u00eatre suppos\u00e9e constante.\u00a0D’un autre c\u00f4t\u00e9, la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature varie en fonction de l’emplacement (en particulier dans un agencement \u00e0 contre-courant).\u00a0Afin de d\u00e9terminer le flux de chaleur total, le flux de chaleur doit \u00eatre r\u00e9sum\u00e9 en utilisant les zones \u00e9l\u00e9mentaires et la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature sur le site ou, plus commod\u00e9ment, les ing\u00e9nieurs peuvent faire la moyenne de la valeur de la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature.\u00a0L’\u00e9quation de l’\u00e9changeur de chaleur peut \u00eatre r\u00e9solue beaucoup plus facilement si nous pouvions d\u00e9finir une\u00a0<\/span>\u00abdiff\u00e9rence de temp\u00e9rature moyenne\u00bb (MTD)<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0On peut voir sur la figure que la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature varie le long du d\u00e9bit et que la moyenne arithm\u00e9tique peut ne pas \u00eatre la moyenne r\u00e9elle, les ing\u00e9nieurs utilisent donc la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature moyenne logarithmique.\u00a0Le “<\/span>Moyenne logarithmique diff\u00e9rence de temp\u00e9rature<\/span><\/strong>\u00a0\u00ab\u00a0<\/span>(LMTD)<\/span><\/strong>\u00a0est une moyenne logarithmique de la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature entre les flux chaud et froid \u00e0 chaque extr\u00e9mit\u00e9 de l’\u00e9changeur de chaleur.\u00a0Plus le LMTD est grand, plus la chaleur est transf\u00e9r\u00e9e.\u00a0On peut voir sur la figure que la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature varie le long du flux et que la moyenne arithm\u00e9tique peut ne pas \u00eatre la moyenne r\u00e9elle.<\/span><\/p>\n

Pour l’\u00e9changeur de chaleur qui a deux extr\u00e9mit\u00e9s (que nous appelons \u00abA\u00bb et \u00abB\u00bb), o\u00f9 les flux chauds et froids entrent ou sortent de chaque c\u00f4t\u00e9, le LMTD est d\u00e9fini comme:<\/span><\/p>\n

\"diff\u00e9rence<\/a><\/p>\n

Le transfert de chaleur est alors donn\u00e9 par:<\/span><\/p>\n

\"LMTD<\/a><\/p>\n

Cela vaut \u00e0 la fois pour un agencement \u00e0 flux parall\u00e8le, o\u00f9 les flux entrent par la m\u00eame extr\u00e9mit\u00e9, et pour un agencement \u00e0 contre-courant, o\u00f9 ils entrent \u00e0 des extr\u00e9mit\u00e9s diff\u00e9rentes.<\/span><\/p>\n

Dans un flux crois\u00e9, dans lequel un syst\u00e8me, g\u00e9n\u00e9ralement le dissipateur de chaleur, a la m\u00eame temp\u00e9rature nominale \u00e0 tous les points de la surface de transfert de chaleur, une relation similaire entre la chaleur \u00e9chang\u00e9e et le LMTD tient, mais avec un facteur de correction.\u00a0Un facteur de correction est \u00e9galement requis pour d’autres g\u00e9om\u00e9tries plus complexes, comme un \u00e9changeur \u00e0 coque et \u00e0 tube avec chicanes.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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LMTD – Condenseurs et chaudi\u00e8res<\/span><\/h2>\n
\"G\u00e9n\u00e9rateur<\/a>
Gradients de temp\u00e9rature dans un g\u00e9n\u00e9rateur de vapeur PWR typique.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Les g\u00e9n\u00e9rateurs de vapeur<\/span><\/a>\u00a0et les\u00a0<\/span>condenseurs<\/span><\/a>\u00a0sont \u00e9galement des exemples de composants trouv\u00e9s dans les installations nucl\u00e9aires o\u00f9 le concept de\u00a0<\/span>LMTD<\/span><\/strong>\u00a0est n\u00e9cessaire pour r\u00e9soudre certains probl\u00e8mes.\u00a0Lorsque l’eau sous-refroidie entre dans le g\u00e9n\u00e9rateur de vapeur, elle doit \u00eatre chauff\u00e9e jusqu’\u00e0 son point d’\u00e9bullition puis \u00e9vapor\u00e9e.\u00a0L’\u00e9vaporation ayant lieu \u00e0 temp\u00e9rature constante, elle ne peut pas \u00eatre utilis\u00e9e avec un seul LMTD.\u00a0Dans ce cas, l’\u00e9changeur de chaleur doit \u00eatre trait\u00e9 comme une combinaison de deux ou trois \u00e9changeurs de chaleur (en cas de surchauffe).<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Pinch Point – \u00c9changeur de chaleur<\/span><\/h2>\n

La conception pr\u00e9sente un autre aspect int\u00e9ressant, car la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature connue sous le nom de\u00a0<\/span>\u00abpincement\u00bb<\/span><\/strong>\u00a0peut limiter les performances des \u00e9changeurs de chaleur si les surfaces et les d\u00e9bits ne sont pas correctement con\u00e7us.\u00a0<\/span>Le point de pincement<\/span><\/strong>\u00a0est l’emplacement dans l’\u00e9changeur de chaleur o\u00f9 la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature entre le fluide chaud et le fluide froid est\u00a0<\/span>minimale<\/span><\/strong>\u00a0\u00e0 cet emplacement.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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M\u00e9thode d’efficacit\u00e9 NTU<\/span><\/h2>\n

La\u00a0m\u00e9thode\u00a0<\/span>log-moyenne de diff\u00e9rence de temp\u00e9rature<\/span><\/strong>\u00a0(LMTD) discut\u00e9e dans la section pr\u00e9c\u00e9dente est facile \u00e0 utiliser dans l’analyse des \u00e9changeurs de chaleur lorsque les temp\u00e9ratures d’entr\u00e9e et de sortie des fluides chauds et froids sont connues ou peuvent \u00eatre d\u00e9termin\u00e9es \u00e0 partir d’un bilan \u00e9nerg\u00e9tique.\u00a0Par cons\u00e9quent, la m\u00e9thode LMTD est tr\u00e8s appropri\u00e9e pour d\u00e9terminer la taille et les performances d’un \u00e9changeur de chaleur.<\/span><\/p>\n

Lorsque la connaissance directe du LMTD n’est pas disponible et que la m\u00e9thode NTU (m\u00e9thode du\u00a0<\/span>nombre d’unit\u00e9s de transfert<\/span><\/strong>\u00a0) peut \u00eatre utilis\u00e9e.\u00a0Cette m\u00e9thode est bas\u00e9e sur un param\u00e8tre sans dimension appel\u00e9 efficacit\u00e9 de transfert de chaleur, d\u00e9fini comme:<\/span><\/p>\n

\"M\u00e9thode<\/a><\/p>\n

Comme on peut le voir, l’\u00a0<\/span>efficacit\u00e9<\/span><\/em>\u00a0est le rapport entre le taux de transfert de chaleur r\u00e9el et le taux de transfert de chaleur maximum possible.\u00a0Pour d\u00e9finir l’efficacit\u00e9 d’un \u00e9changeur de chaleur, nous devons d’abord d\u00e9terminer le taux de transfert de chaleur maximum possible, q\u00a0<\/span>max<\/span><\/sub>\u00a0, pour l’\u00e9changeur de chaleur.<\/span><\/p>\n

Lectures compl\u00e9mentaires:<\/span><\/p>\n

    \n
  1. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th Edition.\u00a0Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera.\u00a0John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.<\/span><\/li>\n
  2. Transfert de chaleur et de masse.\u00a0Yunus A. Cengel.\u00a0\u00c9ducation McGraw-Hill, 2011. ISBN: 9780071077866.<\/span><\/li>\n<\/ol>\n<\/div>\n<\/div>\n
    \n
    \n
    <\/div>\n

    Exemple: calcul de l’\u00e9changeur de chaleur<\/span><\/h2>\n

    \"exemple<\/a>Consid\u00e9rons un\u00a0<\/span>\u00e9changeur de chaleur \u00e0 flux parall\u00e8le<\/span><\/strong>\u00a0, qui est utilis\u00e9 pour refroidir l’huile de 70 \u00b0 C \u00e0 40 \u00b0 C en utilisant de l’eau disponible \u00e0 30 \u00b0 C.\u00a0La temp\u00e9rature de sortie de l’eau est de 36 \u00b0 C.\u00a0Le d\u00e9bit d’huile est de 1 kg \/ s.\u00a0La chaleur sp\u00e9cifique de l’huile est de\u00a02,2 kJ \/ kg K. Le coefficient global de transfert de chaleur\u00a0<\/span>U = 200 W \/ m\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0K<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

    Calculez la\u00a0<\/span>diff\u00e9rence de temp\u00e9rature moyenne logarithmique<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0D\u00e9terminez la\u00a0<\/span>surface<\/span><\/strong>\u00a0de cet \u00e9changeur de chaleur requise pour cette performance.<\/span><\/p>\n

      \n
    1. LMTD<\/span><\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

      La diff\u00e9rence de temp\u00e9rature moyenne logarithmique peut \u00eatre calcul\u00e9e simplement en utilisant sa d\u00e9finition:<\/span><\/p>\n

      \"LMTD<\/a><\/p>\n

        \n
      1. Zone d’\u00e9changeur de chaleur<\/span><\/li>\n<\/ol>\n

        Pour calculer la surface de cet \u00e9changeur de chaleur, nous devons calculer le d\u00e9bit de chaleur en utilisant le d\u00e9bit massique d’huile et de LMTD.<\/span><\/p>\n

        \"Bilan<\/a><\/p>\n

        La surface requise de cet \u00e9changeur de chaleur peut \u00eatre ensuite calcul\u00e9e directement \u00e0 l’aide de l’\u00e9quation g\u00e9n\u00e9rale de transfert de chaleur:<\/span><\/p>\n

        \"\u00e9changeur<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

        \n
        <\/div>\n<\/div>\n
        <\/div>\n
        \n

        ……………………………………………………………………………………………………………………………….<\/p>\n

        Cet article est bas\u00e9 sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la \u00e0 l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous appr\u00e9cions votre aide, nous mettrons \u00e0 jour la traduction le plus rapidement possible. Merci<\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

        Dans l’analyse des \u00e9changeurs de chaleur, il est souvent pratique de travailler avec des termes tels que LMTD et U-factor.\u00a0Ces termes sont d\u00e9finis dans Analyse des \u00e9changeurs de chaleur – Calcul des performances.\u00a0G\u00e9nie thermique Analyse de l’\u00e9changeur de chaleur – Calcul de l’\u00e9changeur de chaleur Les \u00e9changeurs de chaleur\u00a0sont couramment utilis\u00e9s dans l’industrie et la … Lire la suite<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[8],"tags":[],"yoast_head":"\nQu'est-ce que l'analyse des \u00e9changeurs de chaleur - Calcul des performances - D\u00e9finition<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Dans l'analyse des \u00e9changeurs de chaleur, il est souvent pratique de travailler avec des termes tels que LMTD et U-factor. 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