L'étude de l'échangeur eau-huile

Un échangeur de chaleur est un système permettant le transfert d’un flux de chaleur, d’un fluide chaud à un fluide froid, dans notre cas l’échange se fait entre l’antigel et l’huile sans contact direct.

Mes études sont basées sur un échangeur à contre-courants, où les deux fluides s’écoulent parallèlement l’un à l’autre et de sens contraire. L’antigel est dit non brassé puisque il s’écoule dans une veine divisée en plusieurs canaux parallèles distincts et de faible section, par contre l’huile est dit brassée.

Pour ce type d’échangeur, l’antigel est considéré comme le fluide froid (f) cependant que l’huile est le fluide chaud (c)

Un fluide brassé et un fluide non brassé

Remarque : le brassage a pour effet de d’homogénéiser les températures dans la section droite de la veine.

Théorie des échangeurs :

II .1- Estimation du coefficient d’échange h :

Le flux de chaleur échangé par les deux fluides s’écrit :

φ= q_(c_c ) (T_ce – T_cs )= q_(c_f ) (T_fs -T_fe )

Avec :

Les débits calorifiques sont :

q_(c_c )=m ̇_c× 〖Cp〗_c

q_(c_f )=m ̇_f× 〖Cp〗_f

On peut aussi exprimer ce flux de chaleur par:

q= ∆T/(1/(2πh_f r_f L)+ln⁡(r_c/r_f )/2πλL+1/(2πh_c r_c L))

Dans les échangeurs de chaleur, on choisit de rapporter le flux de chaleur échangé à la surface S_c=2πr_c L soit d’écrire : φ=h S_c ∆T . Le coefficient global de transfert h d’un échangeur de chaleur s’écrit donc :

h= (r_c/(h_f r_f ) +(r_c ln⁡(r_c/r_f ))/λ+1/h_c +R_(〖en〗_f )+R_(〖en〗_c ) )^(-1)

R_en est une résistance thermique due à l’encrassement des surfaces d’échange dont il faut tenir compte après quelques mois de fonctionnement (entartrage, dépôts, corrosion...).

On trouvera dans le tableau ci-dessous les ordres de grandeur de h pour des échangeurs tubulaires :

II.1.1- Calcul du coefficient d’échange d’antigel hf :

Le calcul du coefficient d’échange intérieur hf dépend des paramètres suivants:

-Um: vitesse moyenne du liquide

-ρ: masse volumique du liquide

-cp: chaleur massique du liquide

-μ: viscosité dynamique du liquide

-: Conductivité thermique du liquide

-Di: diamètre intérieur du tube

Pour calculer ce coefficient, nous sommes amenés à déterminer les 3 Nombres suivants :

-Nombre de Nusselt: Nu= (h_f×D_i)/ , Or :

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