Caractérisation thermique d’un échangeur de chaleur

à contre-courant avec condensation.

Caractérisation thermique d’un Caractérisation thermique d’un échangeur de chaleur échangeur de chaleur

à contreà contre--courant avec condensation.courant avec condensation.

Clemente Ibarra Castanedo et Daniel R. Rousse

25 Mai 199925 Mai 199925 Mai 1999

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“Projet Échangeur”

Objectifs

Dispositif Expérimental

Résultats

Conclusions et perspectives

Plan de la présentationPlan de la présentationPlan de la présentation

Introduction

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“Projet Échangeur ”

Gestion de l’humidité dans le serresGestion de l’humidité dans le serres

“Projet Échangeur ”

IntroductionIntroductionIntroduction

Méthode conventionnelle : Chauffage/ventilationÉchangeurs de chaleur air-air

CIDES, Centre d’Information et Développement en Serriculture

MAPAQ, Minist. de l‘Agric., des Pêches et de l’Aliment. du QC.

Université Laval, Groupe de Recherche en Énergie.

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“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”

Objectifs et contraintes de designCoût < $2000; PRI de 3 ans;

Objectifs et contraintes de design

Faciliter l’assemblage;Restreindre les entretiens et les réparations;Assurer la résistance à la corrosion;Permettre de bonnes performances en

présence de givre.

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Tuyau intérieurDint=101mm

Tuyaux périphériquesDint= 76mm

Enveloppe extérieurDint=305mm

“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”

Un premier prototype, 1996

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Autres prototypes d’échangeur, 1997-1998

“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”

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“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”“Projet Échangeur”Analyse thermique de l’échangeur

14.0

318.0 Pr

ip

ii

i

ii Re

D

kh

TateSieder

=

−

µµ

( ) 41

lg3

)(729.0

−

′−=

psatlo

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o TTND

hkgh

Nusselt

µρρρ

14.0

318.0 Pr

op

oo

o

oo Re

D

kh

TateSieder

=

−

µµ

© Clemente Ibarra Castanedo 8

Évaluer les effets de la friction sur le transfert intérieur;

Estimer les effets des corrugations, de la fraction massique d’air et de la vitesse sur transfert extérieur;

Trouver corrélations empiriques caractérisant les résultats expérimentaux.

ObjectifsObjectifsObjectifs

Déterminer les profils de condensation sur la paroi extérieur des tuyaux internes;

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ÉCHANGEUR

EXTÉRIEUR

Ventilateur

TUBE PITOT

Système de conditionnement de l’air

chaud AMINCO

Dispositif expérimentalDispositif expérimentalDispositif expérimental

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Dispositif expérimentalDispositif expérimentalDispositif expérimental

© Clemente Ibarra Castanedo 11

Enveloppe extérieure

en acryliqueSonde instrumentée

Tuyau intérieurcorrugué

15 cm

17 cm

19 cm

21 cm

24 cm

27 cm

101 mm

116 mm

0 cm

30 cm

Dispositif expérimentalDispositif expérimentalDispositif expérimental

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( ) dx

dT

TTD

cmh f

fipi

fPf

i −=

,

,

π&

ipT

,

fT

fT

➀ Estimation directe du h. ➀➀ Estimation directe du h. Estimation directe du h.

ffPfidTcmdAq

,&=′′

Bilan d ’énergie

( )fipii

TThq −=′′,

Loi de NewtonT

x

Analyse des donnéesAnalyse des donnéesAnalyse des données

© Clemente Ibarra Castanedo 13

Pr = 0,69

➁ Corrélation des données expérimentaux➁➁ Corrélation des données expérimentauxCorrélation des données expérimentaux

log

h

log Re

h

x

hi = f (Re, Pr)

Pr = 0,69Sc=0,6

Analyse des donnéesAnalyse des donnéesAnalyse des données

ho = f (Re, Pr, Sc, Ja, xa)

d

air

cb

o

o

oxJaRe

Dk

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i

i

iRe

Dk

ah =

© Clemente Ibarra Castanedo 14

oo

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111 ++=

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AARA

U11 +=

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o

o

ii

iooéqo

o Ch

hC

AAhRA

U

11 +=

−

➂ Méthode Wilson➂➂ Méthode WilsonMéthode Wilson

oCb

1=

ooeq

o

hARU

y

−= 1

iCm

1=

oi

io

hh

AAx =

Analyse des donnéesAnalyse des donnéesAnalyse des données

iC o

C

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Profils de condensation

RésultatsRésultatsRésultats

Régime sec-sec

Régime sec-gouttelettes

Régime gouttelettes-film

Régime film-film

Régime film-givre

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′′−=

i

oiopip r

r

k

qTT ln

2,, π

xBAxT op +=)(,

)exp()( CxBAxTc +=

)exp()( CxBAxT f −−=

Profiles températureProfiles température

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RésultatsRésultatsRésultatsProfiles de température

cT

fT

pTsat

T

GivreCondensation

partoutCondensation dansles crûs seulement

Sec

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 0,254 0,508 0,762 1,016 1,27 1,524 1,778 2,032 2,286 2,54 2,794 3,048

T

x

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0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,254 0,508 0,762 1,016 1,27 1,524 1,778 2,032 2,286 2,54 2,794 3,048

x

h

RésultatsRésultatsRésultats

Coefficients de transfert thermique

ih

oh

( )

( )1Pr27.121

Pr102:

32

3

−+

−

=f

Ref

D

khGnielinski

i

f

i

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Cinq régimes de condensation établis.

Profiles température obtenus.

Coefficients de transfert expérimentaux estimés.

Besoin des corrélations pour le transfert intérieur et extérieur plus appropriés.

Transposer les résultats pour des faisceaux tubulaires.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

ibarra00@gmc.ulaval.ca

Ministère de l’Éducation du Québec

Conseil de Recherche en SciencesNaturelles et en Génie

RemerciementsRemerciementsRemerciements

Clemente Ibarra CastanedoDépartement de génie mécanique

par

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( )

( )1Pr27.121

Pr102:

32

3

−+

−

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Ref

D

khGnielinski

i

f

i

21

21

2

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)(69.11164.0:

−

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∞ ssatl

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DhgRe

Dk

hGomelaurieShekriladzµ

Corrélations empiriquesCorrélations empiriquesCorrélations empiriques14.0

318.0 Pr:

ip

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µµ

( ) 41

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)(729.0:

−′−

=psatlo

lgll

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hkghNusselt

µρρρ