Modes de transfert thermique

Faisceau :

Les tubes constituant le faisceau forment une classe spéciale. Les conditions de fonctionnement imposent le choix suivant du matériau :

•Acier au carbone pour usage général.

•Laiton amirauté pour les appareils travaillant avec de l’eau de mer.

•Aciers alliés pour les produits corrosifs et les températures élevées.

•Aluminium ou cuivre pour les très basses températures.

Les tubes sont fixes à chacune de leur extrémité par mandrinage (ou dudgeonnage) dans deux plaques tubulaires dans la figure ci-dessous. La perforation des trous dans ces plaques est normalisée, elle s’effectue selon une disposition soit au pas carre, soit au pas triangulaire. Compte tenu de (‘orientation du faisceau par rapport a la direction générale du fluide circulant dans la calandre, on obtient les quatre dispositions de la figure suivante : Le pas triangulaire permet de placer environ 10% de tubes de plus que le pas carré sur une plaque tubulaire de diamètre donné, mais, en contrepartie, la disposition des tubes rend impossible leur nettoyage extérieur par insertion de grattoirs ou de racloirs à travers le faisceau. Pour ces appareils, il faut avoir recours au nettoyage chimique et réserver leur emploi pour des fluides propres. Le faisceau de tubes porte également des chicanes transversales qui ont pour but d’allonger le chemin du fluide circulant dans la calandre et d’améliorer ainsi le transfert à l’extérieur du tube par accroissement de la vitesse. Ces chicanes sont généralement constituées par un disque ayant un diamètre légèrement inferieur à celui de la calandre et comportant un segment libre dont l’aire représente 20 a 45% de la section totale. Des essais de normalisation tendent à imposer une hauteur du segment libre égale à 25% du diamètre intérieur D, de la calandre. L’espacement B entre chicanes qui conditionne directement la vitesse du fluide est comprises entre Dc/5 et D, Ces chicanes assurent en outre la rigidité du faisceau et sont solidaires de la plaque tubulaire fixe au moyen de tirants et entretoises qui occupent la place de tubes.

Logiciel « MATLAB » :

Le logiciel « MATLAB» est un logiciel de manipulation de données numériques et de programmation dont le champ d’application est essentiellement les sciences appliquées. Son objectif, par rapport aux autres langages, est de simplifier au maximum la transcription en langage informatique d’un problème mathématique, en utilisant une écriture la plus proche possible du langage naturel scientifique. Le logiciel fonctionne sous Windows. Son interface de manipulation HMI utilise les ressources usuelles du multifenêtrage. Son apprentissage n’exige que la connaissance de quelques principes de base à partir desquels l’utilisation des fonctions évoluées est très intuitive grâce à l’aide intégrée aux fonctions.

Ecran de base : L’écran de base comprend l’écran de contrôle « Command Windows » ainsi que des fenêtres complémentaires permettant de suivre le fonctionnement général d’une application. Les instructions frappées (ou collées) dans la Command Windows s’exécutent directement.

Programme sous « MATLAB » : Il est toutefois préférable de construire un programme avec un éditeur de texte (Bloc-notes sous Windows), de le sauver sur disque sous le nom ‘Untitled.m’. Un script « MATLAB » est composé d’une suite d’instructions, toutes séparées par une virgule (ou de manière équivalente, un passage à la ligne) ou un point virgule. La différence entre ces deux types de séparation est liée à l’affichage ou non du résultat à l’écran (seulement effectué dans le premier cas). Comme tout langage, « MATLAB » possède aussi un certain nombre d’instructions syntaxiques (boucles simples, conditionnelles, etc…) et de commandes élémentaires (lecture, écriture, etc…). Opérateurs de comparaison :

Conclusion générale

L’échangeur thermique est un appareil thermique de grande importance dans les installations thermique et énergétiques. Le principe constructif des échangeurs thermiques est simple : ce sont des appareils destinés à transférer de la chaleur entre deux fluides de températures différentes. Rappelons que les échangeurs de chaleur sont des appareils où le transfert de chaleur à basses et moyennes températures se fait sans changement de phase. Des méthodes de calcul plus ou moins élaborées existent pour les échangeurs à faisceau et calandre. Le but de ce travail est l’optimisation énergétique d’un échangeur tubulaire (Faisceau et calandre) utilisé comme un réchauffeur (Air / Fumées) d’une chaudière à mazot. Cette optimisation est basée sur deux logiciels de simulation « MATLAB » et « FLUENT ». Lors de cette simulation « MATLAB », nous permet d’obtenir les paramètres optimaux notamment les vitesses des deux fluides pour obtenir l’efficacité maximale de l’échangeur tubulaire. Dans la deuxième simulation ces résultats ont été comparés à l’aide de logiciel « FLUENT ». Les résultats obtenus démontrent qu’ils existent des vitesses de fonctionnement pour lesquelles l’efficacité d’un échangeur thermique peut être améliorée. La méthodologie appliquée pour l’optimisation de l’échangeur thermique peut être généralisée pour tous les appareils thermiques et pour différents cas et conditions. En fin, nous souhaitons que ce travail qui a demandé beaucoup de temps et beaucoup d’effort apportera également un plus au étudiants d’ingénieure et techniciens concernés.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela rapport gratuit propose le téléchargement des modèles gratuits de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Résumé
Liste des figures
Nomenclature
Introduction générale
Chapitre 1 Caractéristiques et modèles des échangeurs de chaleur
Introduction
1.Généralités sur les échangeurs de chaleur
2.Différents modes de transfert de chaleur
2.1. Modes de transfert thermique
2.2. Lois de transmission de la chaleur
2.3. Fluide Caloporteur
2.4. Régime d’écoulement
2.5. Nombre adimensionnel
2.6. Corrélations usuelles en convection forcée dans les tubes lisses
3.Les différents types d’échangeurs de chaleur
3.1.Échangeur multitubulaire
3.2.Échangeur à plaque.
3.3. Échangeur à tube et calendre
3.4. Les échangeurs tubulaires.
4.Principe de fonctionnement
5.Différents modes de circulation dans un changeur
5.1. Echangeur a courants parallèles
5.2. Echangeur a contre courant
5.3. Echangeur a courants croises
6.Différents types d’échanges
6.1. Echange sans changement de phase
6.2. Echange avec changement de phase
7.Classification des échangeurs
7.1. Suivant la compacité de la surface d’échange
7.2. Suivant le processus de transfert thermique
7.3. Suivant le type de transmission de chaleur
7.4. Suivant le circuit des fluides
7.5. Suivant le type de construction
8.Condenseur et Evaporateur
9.1. Condenseur
9.2. Evaporateur
10.Différents types d’encrassement
10.1. Introduction
10.2. Les divers types d’encrassement
Conclusion
Chapitre 2 Description et calcul de l’échangeur faisceau et calandre
Introduction
1.Description de l’échangeur faisceau et calandre
1.1. Présentation de l’échangeur à faisceau et calandre
1.2. Assemblage faisceau-calandre
1.2.1. Echangeur de chaleur à tête flottante
1.2.2. Echangeur à plaque tubulaires fixes
1.2.3. Echangeur à tubes en U
2.Les méthodes de calcul pour les échangeurs
2.1. Flux thermique maximum dans un échangeur
2.2. Coefficient d’échange dans les échangeurs à fluides séparés
2.3. Coefficient d’échange global de transfert de chaleur K
2.4. Efficacité
2.5. Nombre d’unités de transfert NUT
2.6. Relation entre NUT et Efficacité
Conclusion
Chapitre 3 Outils numériques
1.Logiciel « MATLAB »
1.1. Définition
1.2. Les étapes de fonctionnement
2.Logiciel « FLUENT »
2.1. Gambit
2.2. FLUENT
3.Modélisation Mathématique
Chapitre 4 Optimisation d’un échangeur tubulaire (Faisceau et calandre)
Introduction
4.Conditions de fonctionnement de la chaudière
4.1. Première étape d’optimisation
4.1.1. Méthodes de calcul
4.1.2. Organigramme des deux cas
4.2. Deuxième étape d’optimisation
4.2.1. Domaine de calcul
4.2.2. Maillage
4.2.3. Conditions aux limites
Conclusion
Chapitre 5 Résultats et interprétations
Introduction
Optimisation avec « MATLAB »
Simulation (1)
Figure 5.1 Les résultats d’optimisation
Interprétation
Comparaison des résultats sous « FLUENT »
Simulation (2)
Interprétation
Comparaison des deux courbes
Interprétation
Conclusion générale
Référence