| Titre : | Estimation du coefficient d'échange thermique local sur des circulaires planes d'un tube d'échangeur de chaleur à faisceau aligné ou quinconcé |
| Auteurs : | abdelmoumène hakim Benmachiche, Auteur ; Noureddine Moummi, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2012 |
| Format : | 131p / 30cm |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Résumé : |
Le présent travail concerne la simulation numérique inverse des problèmes de la conduction de chaleur dans les tubes lisses et les tubes à ailettes circulaires. Deux types de ces problèmes sont résolus et sont analysés : 1) l'estimation du coefficient de transfert de chaleur dépendant de l'espace et du temps sur les frontières des sections droites des tubes: 2) l'estimation de ce coefficient sur les ailettes circulaires. Les différents modèles mathématiques régissant ces problèmes inverses sont traités en utilisant la méthode des éléments finis en combinaison avec l'algorithme itératif du gradient conjugué. Une grande partie de ce mémoire de thèse est réservée à l'étude de transfert de chaleur sur les ailettes circulaires planes situées dans des faisceaux de tubes arrangés en lignes ou en quinconce. L'étude couvre une gamme étendue du nombre de Reynolds pour trois différentes positions du tube dans l'échangeur. This work concerns the numerical inverse simulation of the heat conduction problems in the smooth and finned tubes. Two types of these inverse problems are solved and analyzed: 1) the estimation of the heat transfer coefficient depending on time and space on the borders of the straight sections of tubes; 2) the estimate of this coefficient on the circular fins. The different mathematical models governing these inverse problems are solved using the finite element method in conjunction with the iterative conjugate gradient algorithm. Much of this thesis is reserved to study the heat transfer characteristics on a circular plane fin in a finned tube bundle for both aligned and staggered arrangements. The study covers a wide range of Reynolds number, for three different positions of the finned tube inside the heat exchanger. |
| Sommaire : |
Table des matières ii Liste des figures et des tableaux viii Nomenclature xiii Introduction 1 Chapitre 1 : Synthèse bibliographique 4 1.1. Rappel sur le transfert de chaleur et sur les échangeurs de chaleur 4 1.1.1. Transfert de chaleur par convection 4 1.1.2. Coefficient de transfert de chaleur 4 1.1.3. Echangeurs de chaleur 5 1.1.3.1. Echangeur tubulaire à ailettes 5 1.1.3.2. Différents types d'ailettes 6 1.1.4. Corrélations pour le calcul des coefficients de transfert de chaleur 6 1.1.4.1. Nombre de Nusselt moyen pour un faisceau de tubes lisses 8 1.1.4.2. Nombre de Nusselt moyen d'un faisceau de tubes ailetés 8 1.1.4.3. Tube unique à ailette circulaire 9 1.2. Mise en équations des problèmes de conduction de chaleur 10 1.2.1. Définitions relatives à la conduction de chaleur 10 1.2.1.1. Densité de flux de chaleur 10 Table des matières Table des matières 1.2.1.2. Conductivité thermique 10 1.2.1.3. Flux de chaleur dissipée par une ailette circulaire 11 1.2.1.4. Efficacité de l'ailette 11 1.2.2. Equations de la chaleur et les conditions aux limites et initiales 12 1.2.2.1. Equation de la conduction de chaleur pour les problèmes Bidimensionnels axisymétrique 1.2.2.2. Equation de la conduction de chaleur dans une ailette circulaire 12 1.2.2.3. Conditions aux limites et initiales 13 1.3. Analyse théorique 13 1.4. Topologie de l'écoulement à travers le faisceau de tubes à ailettes 25 1.4.1. Ecoulement autour de l'ailette 25 1.4.2. Ecoulement et transfert de chaleur autour d'un tube unique 26 1.4.2.1. Ecoulement autour d'un tube et effet du nombre de Reynolds 26 1.4.2.2. Variation du transfert thermique par convection autour du tube 27 1.4.3. Ecoulement et transfert de chaleur à travers le faisceau de tubes lisses 28 1.4.3.1. Position des points d'impaction et de décollement 28 1.4.3.2. Transition du régime laminaire au régime turbulent 28 1.4.3.3. Transfert de chaleur autour d'un tube situé dans un faisceau de tubes 29 1.4.4. Ecoulement et transfert de chaleur autour de l'ailette 29 1.4.4.1. Influence de l'espacement inter-ailettes et du nombre de Reynolds sur la topologie de l'écoulement 29 1.4.4.2. Interaction entre la topologie d'écoulement et le transfert thermique sur l'ailette 30 1.4.4.3. Analyse de la topologie de l'écoulement et du transfert thermique dans des faisceaux tubulaires à ailettes 31 Table des matières Chapitre 2 : Traitement direct des problèmes de conduction de chaleur 32 2.1. Méthodes numériques 32 2.2. Développement de la méthode des éléments finis 33 2.2.1. Méthode des éléments fins pour le problème de transfert de chaleur dans une ailette circulaire 35 2.2.1.1. Modélisation mathématique du transfert de chaleur sur les surfaces d’une ailette circulaire planes 35 2.2.1.2. Forme intégrale faible 37 2.2.1.3. Forme intégrale discrétisée 38 2.2.2. Formulation en éléments finis des problèmes axisymétriques 41 2.2.3. Formulation en éléments finis du problème de la conduction de chaleur dans les sections droites des tubes 44 2.2.4. Assemblage des matrices élémentaires 45 2.2. 5. Résolution des problèmes stationnaires 46 2.2.5.1. Résolution des systèmes d'équations linéaires 46 2.2.5.2. Résolution des systèmes d'équations non linéaires 47 2.2.6. Résolution des problèmes transitoires 49 2.2.7. Mémorisation 50 2.2.8. Programmation 50 2.2.9. Organisation générale du sous programme DIRECT 51 2.3. Validation numérique du programme DIRECT 53 2.3.1. Conduction bidimensionnelle en régime transitoire 53 2.3.2. Transfert de chaleur stationnaire dans un cylindre plein 54 2.3.3. Transfert de chaleur stationnaire dans les ailettes circulaires 56 2.3.4. Conduction transitoire non linéaire 58 2.3.5. Méthode de superposition modale 60 Table des matières Chapitre 3 : Traitement inverse pour estimer le coefficient de transfert de chaleur 62 3.1. Définitions et classement des méthodes inverses 62 3.2. Problème bien et mal posé 63 3.3. Régularisation 64 3.3.1. Régularisation par la méthode de Tikhonov 65 3.3.2. Régularisation itérative 67 3.4. Méthodes de résolution des PICC 67 3.4.1. Méthodes de résolution non itératives 67 3.4.1.1. Méthode de retour vers la surface 68 3.4.1.2. Méthode de spécification de Beck 68 3.4.1.3. Méthode d'inversion pseudo matricielle 70 3.4.2. Méthodes de descentes 72 3.4.2.1. Méthode d'ordre zéro 73 3.4.2.2. Méthode de plus forte pente 73 3.4.2.3. Méthode du gradient conjugué 73 3.4.2.4. Méthodes du deuxième ordre 74 3.5. Formulation du problème inverse 74 3.5.1. Problèmes inverses bidimensionnels 75 3.5.1.1. Problème de sensibilité 76 3.5.1.2. Problème adjoint 78 3.5.2. Problème inverse pour les configurations axisymétriques 80 3.5.2.1. Problème de sensibilité 81 3.5.2.2. Problème adjoint 82 3.5.3. Identification du coefficient d'échange sur les surfaces des ailettes circulaires 82 3.5.3.1. Problème de sensibilité 83 Table des matières 3.5.3.2. Problème adjoint 84 3.6. Algorithme général de résolution des problèmes inverses par la méthode de gradient conjugué 84 Chapitre 4 : Résultats et discussions 86 4.1. Estimation du coefficient de (transfert de chaleur sur (les parois des tubes lisses . 87 4.1.1. Effet du maillage, des positions et du nombre de capteurs et du bruit de mesure sur la solution 87 4.1.1.1. Effet du maillage 87 4.1.1.2. Effet du nombre de capteurs 89 4.1.1.3. Effet des positions des capteurs 90 4.1.1.4. Effet des erreurs de mesure 91 4.1.1.5. Effet de la configuration géométrique des tubes 94 4.2. Estimation du coefficient de transfert de chaleur sur les ailettes circulaires 99 4.2.1. Estimation du coefficient de transfert de chaleur sur une ailette circulaire située dans des faisceaux de tubes ailettés 99 4.2.1.1. Résolution du problème direct 101 4.2.1.2. Résolution du problème inverse 102 4.2.1.3. Régularisation itérative 103 4.2.1.4. Caractéristiques du transfert de chaleur 104 4.2.1.5. Validation numérique 105 4.2.1.6. Discussion des résultats 107 4.2.1.6.1. Influence du nombre de Reynolds 113 4.2.1.2. Influence de la géométrie du faisceau 114 4.2.2. Estimation du coefficient de transfert de chaleur sur une ailette circulaire pour le cas de régime transitoire 115 Table des matières 4.2.2.1. Cas 1 : Coefficient de transfert de chaleur indépendant du temps et de l’espace 115 4.2.2.2. Cas 2 : Coefficient de transfert de chaleur dépendant du temps 116 4.2.2.3. Cas3 : Coefficient (d'échange de chaleur dépendant du temps et de l'espace 116 4.3. Estimation du coefficient de transfert de chaleur sur la surface extérieure d'une configuration axisym 119 Conclusion 121 Bibliographie 124 Annexe : Développement du problème adjoint 129 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0257 | Mémoire de magistere | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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