| Titre : | Etude d’un échangeur de chaleur à triple tube concentrique en régime permanent et transitoire. |
| Auteurs : | Nora Boultif, Auteur ; Bougriou cherif, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2017 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | échangeur de chaleur,triple tube concentrique,double tube concentrique,régime transitoire,régime permanent,coefficient d’échange global,pertes de charge,réponse transitoire,différences finies. |
| Résumé : |
RESUME : Nous présentons dans cette thèse une étude numérique d’un échangeur de chaleur à triple tube concentrique, pour les deux régimes de fonctionnement transitoire et permanent. Les systèmes d’équations qui gouvernent le phénomène à étudier sont résolus par la méthode des différences finies centrées pour les parois solides, et le schéma upwind pour les fluides. Un programme de calcul numérique en langage FORTRAN est réalisé pour déterminer les variations : des températures (fluides et parois), des deux coefficients d’échange globaux, des pertes de charge des trois fluides en fonction du temps, ainsi que les réponses transitoires aux différentes sollicitations sur les températures d’entrées des fluides (échelon, rampe, sinusoïdale et exponentielle). Les quatre configurations résultantes de circulation des trois fluides : (co-courant), (contre-courant), (contre-courant/co-courant) et (co-courant/contre-courant) sont étudiées. Nous avons montré que la circulation à contre-courant reste la plus efficace même pour ce type d’échangeur de chaleur. Les deux cas de refroidissement (F-C-F) et d’échauffement (C-F-C) sont traités également. Finalement une comparaison entre l’échangeur à triple tube concentrique et l’échangeur de chaleur à double tube concentrique est menée pour différentes combinaisons des diamètres et des positions des fluides chaud et froid. Les résultats montrent que l’échangeur à double enveloppe sous des conditions des diamètres est plus efficace que l’échangeur de chaleur à triple tube concentrique de même longueur.
ABSTRACT : We present in this thesis a numerical study to describe the steady and unsteady state thermal behavior of triple concentric-tube heat exchanger, by using the method of finite differences, the systems of equations which govern the studied phenomenon are solved by the finite centered difference method for solid walls, and the upwind scheme for fluids. A numerical program in FORTRAN language is performed to determine the variations of: fluids and walls temperatures, the pressure drops and overall heat transfer coefficients with time along the heat exchanger, thus the transient responses to different excitations on the fluids inlet temperatures (step, ramp, exponential and sinusoidal) are presented. The four resulting configurations of the three fluids (co-current), (counter-current), (counter-current/co-current) and (co-current/counter-current) are studied and we have shown that the Counter- current is still the most efficient even for this type of heat exchanger. Both cooling (F-C-F) and heating (C-F-C) cases are also treated. Finally a comparison between the triple and the double concentric-tube heat exchanger is conducted for various combinations of diameters and positions of the hot and cold fluids. Results showed that the second one under conditions on the diameters is more efficient than triple concentric-tube of the same length. |
| Sommaire : |
Remerciements………………………………………………………………………………... i
Résumé………………………………………………………………………………………... ii Tables des matières…………………………………………………………………………… v Liste des figures………………………………………………………………………………. viii Liste des tableaux…………………………………………………………………………….. xiii Nomenclature…………………………………………………………………………………. xiv Introduction générale et objectifs........................................................................................... 1 Introduction…………………………………………………………………………………… 2 Objectifs ……………………………………………………………………………………… 3 Chapitre I : Synthèse bibliographique……………………………………………………... 5 I.1.Introduction………………………………………………………………………………. 6 I.2. Régime permanent………………………………………………………………………... 6 I.2.1. Echangeur à double tube concentrique (EDTC)……………………………………. 6 I.2.2. Echangeurs à triple tube concentrique (ETTC)…………………………………….. 9 I.3. Régime transitoire………………………………………………………………………... 17 I.3.1. Echangeur à double tube concentrique (EDTC)……………………………… 17 I.3.2. Echangeur à triple tube concentrique (ETTC)……………………………………... 30 I.4. Conclusion……………………………………………………………………………… 32 Chapitre II : Modélisation mathématique…………………………………………………. 33 II.1. Position du problème……………………………………………………………………. 34 II.2. Formulation mathématique……………………………………………………………… 35 II.2.1. Bilan massique……………………………………………………………………. 36 II.2.2. Bilan énergétique…………………………………………………………………. 36 II.2.2.1. Ecoulement à co-courant A1………………………………………………. 37 II.2.2.2. Ecoulement à contre-courant A2…………………………………………... 43 II.2.2.3. Ecoulement à (contre-courant / co-courant) A3…………………………… 44 II.2.2.4. Ecoulement à (co-courant/contre-courant) A4…………………………….. 45 II.2.3. Conditions initiales et aux limites………………………………………………… 45 II.2.4. Différents types de perturbations………………………………………………..... 47 II.4. Calcul de l’échangeur de chaleur ………………………………………………….......... 48 II.4.1. Calcul des coefficients d’échange de chaleur……………………………….......... 48 II. 4.1.1.Estimation des coefficients d’échange par convection ……………………. 48 II. 4.2.2. Evaluation du coefficient global d’échange de chaleur…………………… 50 II.4. 2. Calcul des pertes de charge…………………………………………..................... 50 vi Chapitre III : Résolution numérique………………………………………………………. 52 III.1. Introduction……………………………………………………………………………... 53 III.2. Discrétisation des équations……………………………………………………………. 53 III.2.1. Arrangement à co-courant……………………………………………………… 53 III.2.2. Arrangement à contre-courant…………………………………………………. 52 III.2.3. Arrangement à contre-courant/co-courant……………………………………… 60 III.2.4. Arrangement à co-courant-contre-courant……………………………………… 60 III.3. Discrétisation des conditions initial et aux limites……………………………………... 60 III.3.1.Condition initial………………………………………………………………… 60 III.3.2.Conditions aux limites………………………………………………………….. 60 III.4. Notation indicielles…………………………………………………………………….. 63 III.4.1. Echangeur à co-courant………………………………………………………… 63 III.4.2. Echangeur à contre-courant……………………………………………………. 66 III.4.3. Echangeur à contre-courant/co-courant………………………………………… 67 III.4.4. Echangeur à co-courant/contre-courant………………………………………… 68 III.5. Formulation numérique………………………………………………………………… 68 III.5.1. Echangeur à co-courant………………………………………………………… 68 III.5.2. Echangeur à contre-courant…………………………………………………….. 71 III.5.3. Echangeur à contre-courant/co-courant………………………………………… 72 III.5.4. Echangeur à co-courant/contre-courant………………………………………… 72 III.6. Ecriture matricielle……………………………………………………………………... 73 III.6.1. Echangeur co-courant ………………………………………………………….. 73 III.6.2. Echangeur à contre-courant…………………………………………………….. 82 III.6.3. Echangeur à contre-courant/co-courant………………………………………… 83 III.6.4. Echangeur à co-courant/contre-courant………………………………………… 85 III.7. Organigramme …………………………………………………………………………. 86 Chapitre IV : Résultats et discussions……………………………………………………... 92 IV.1. Introduction…………………………………………………………………………….. 93 IV.2. Etude du maillage ……………………………………………………………………… 93 IV.3. Validation du programme numérique………………………………………………….. 94 IV.4. Etudes des régimes instationnaire et stationnaire………………………………………. 96 IV.4.1. Régime instationnaire………………………………………………………….. 96 IV.4.1.1. Circulation à contre–courant………………………………………... 96 IV.4.1.2. Circulation à co-courant…………………………………………….. 103 IV.4.2. Régime stationnaire…………………………………………………………… 109 IV.4.2.1. Circulation à contre-courant………………………………………….. 109 IV.4.2.2. Circulation à co-courant……………………………………………… 110 IV.5. L’étude des différents arrangements…………………………………………………… 111 IV.6. Effet de la position du fluide dans l’échangeur de chaleur…………………………… 112 IV.7. Etudes de différentes sollicitations…………………………………………………….. 118 IV.7.1. Sollicitation du type échelon…………………………………………………... 119 IV.7.2. Sollicitation du type rampe……………………………………………………. 123 IV.7.3. Sollicitation du type sinusoïdale………………………………………………… 127 IV.7.4. Sollicitation du type exponentiel ……………………………………………….. 132 IV.8. Comparaison entre l’échangeur à double et à triple tube concentrique ………………... 136 vii Conclusion générale et perspectives………………………………………………………... 140 Conclusion générale…………………………………………………………………………... 141 Perspectives…………………………………………………………………………………... 143 Références bibliographiques………………………………………………………………... 144 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0770 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Sorti jusqu'au 24/03/2021 | Magazin |
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