Caractérisation thermique d’un échangeur de chaleur à ...
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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
© Clemente Ibarra Castanedo 2
“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
−
′−=
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318.0 Pr
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−
µµ
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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
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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
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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
ah =
b
i
i
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Dk
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o
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U
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➂ Méthode Wilson➂➂ Méthode WilsonMéthode Wilson
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−= 1
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1=
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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
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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
Ministère de l’Éducation du Québec
Conseil de Recherche en SciencesNaturelles et en Génie
RemerciementsRemerciementsRemerciements
Clemente Ibarra CastanedoDépartement de génie mécanique
par
© Clemente Ibarra Castanedo 21
( )
( )1Pr27.121
Pr102:
32
3
−+
−
=f
Ref
D
khGnielinski
i
f
i
21
21
2
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)(69.11164.0:
−
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DhgRe
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hGomelaurieShekriladzµ
Corrélations empiriquesCorrélations empiriquesCorrélations empiriques14.0
318.0 Pr:
ip
ii
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i
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D
khTateSieder
=−
µµ
( ) 41
lg
3
)(729.0:
−′−
=psatlo
lgll
o TTND
hkghNusselt
µρρρ