Transfert de chaleur Chap 11 - 1

Chapitre 11

Ébullition & Condensation

Soit 1 g d’eau liquide: Si augmentation de 1°C q = 4.18 Joules

Si augmentation de 50°C q = 209 Joules

Si changement de phase: liquide à vapeur q = 2500 Joules

* Le changement de phase permet d’échanger beaucoup d’énergie.

Ébullition: liquide vapeur

Condensation: vapeur liquide

* Le fluide qui change de phase reste à température constante pendant le phénomène ( T = Tsaturation ).

Transfert de chaleur Chap 11 - 2

Ébullition

Condensation

http://www.hw.ac.uk/mecWWW/research/dam/cht.htm (Condensation)http://www.sanyo.co.jp/R_and_D/english/list/5_4.html (Ébulition)

Ébullition en piscine

Ébullition en convection forcée

Transfert de chaleur Chap 11 - 3

Ébullition en piscine et courbe d’ébullition

Exemple #1:Soit l’expérience suivante

Eau

Vapeur saturéeà # pression

( # T)

On fait varier la température dans le tube

TS

vapeur Condensée

= q

On mesure le flux transféré, q.

1

2a

b

3

c

4

S SATT T

Transfert de chaleur Chap 11 - 4

1

1

2a

b 1 : Convectionnaturellesimple.

a : Début del’ébullition.

2 : Ébullition nucléée; les bulles se forment sur des sites préférentiels.

b : Flux maximal en ébullition nucléée. Il y a trop de bulles, le liquide froid arrive difficilement sur la surface.

2 3 42 3 41

1

2a

b

3

c

4

4 : Ébullition par film stable. Le rayonnement débute q .

3 : Formation d’unfilm de vapeur

(mauvaise con-ductivité; q ).

c : Tout le tube est recouvert de vapeur; point de la valeur minimum du flux.

1 2 3321

Transfert de chaleur Chap 11 - 5

a

Images de différentes zones

b

Images de différentes zones

Transfert de chaleur Chap 11 - 6

c

Images de différentes zones

Transfert de chaleur Chap 11 - 7

Pour l’ébullition nucléée :

14 ( )

0.149 " L VLV VC 2

V

g -=q h

312 ( ) ( )

" S SATP,LL VLVLS n

sf LV L

g - -C T T=q hPrC h

Flux échangé:

Flux critique:

( )

LV

A qm kg/s

h

Masse évaporée:

système fluide-surface Csf n

eau-cuivre rugueux 0.0068 1.0

eau-cuivre poli 0.0130 1.0

eau-acier inox poli mécaniquement 0.0130 1.0

eau-nickel 0.006 1.0

benzene-chrome 0.101 1.7

alcool éthylique-chrome 0.0027 1.7

n pentane-cuivre poli 0.0154 1.7

Exemple #2: avec une résistance électrique: on contrôle le flux et on mesure la température du fil

- Au lieu d’une conduite de vapeur on prend unfil de Ni.Cr (résistance électrique)

- On règle le flux et on mesure Ts

Transfert de chaleur Chap 11 - 8

Exemple #2: avec une résistance électrique: on contrôle le flux et on mesure la température du fil

1

2a

b

d3

q’’

imp

osé

∆T mesuré

« Burn out »

Crise d’ébullition

Exemple #2: avec une résistance électrique: on contrôle le flux et on mesure la température du fil

- On règle le flux et on mesure Ts

- Dès que qˈ > qˈ0 alors saut de température (b d)qui peut atteindre près de 1000 K …FUSION DU FIL

« Burn out »; le fil de nickel est en fusion.

Augmentation marquée de TS; le fil devient de couleur rouge.

Début de l’ébullition; départ des premières bulles.(a) q = 37 W/cm2

(e) q = 107 W/cm2

(d) q = 99 W/cm2(c) q = 90 W/cm2

(b) q = 61 W/cm2

(f) q = 107 W/cm2

http://www-heat.uta.edu/visualization/bubble_dep/bubble_dep.htmlHong, You,

Ammerman, ChangThe University of

Texas at ArlingtonFluorinert® FC-72

Transfert de chaleur Chap 11 - 9

Ébullition en convection forcée

h TP = h NB + h Cconvection

ébullition

RPint

Pext

Formation des bulles

int ext

P -P

R

Renouvellement de la couchelimite thermique: bon transfert

Transfert de chaleur Chap 11 - 10

Condensationfilm

Contact direct

Homogène (vitesse - pression) goutte

Condensation

En goutte En film

Bon transfert

mais traitement de surface nécessaire

Transfert de chaleur Chap 11 - 11

Condensation

Condensation en film laminaire sur une plaque verticale de longueur L:

où

14 ( )

0.943 ( )

3LVL L L V

SAT SL LL

g -L h LhNu = =-k k T T

0.68 ( ) SAT SLV LV PL= + - h h C T T

voir la démonstration en exercice

Condensation en film laminaire sur un cylindre horizontal ou une sphère:

avec

14

( )

( )

3LV LL L V

DSAT SL

g - h k= ChD -T T

0.815 pour une sphèreC =

0.729 pour un cylindreC =

( ) ( ) SAT S

LV

A -h T Tm kg/s = h

Masse de vapeur condensée:

0.68 ( ) SAT SLV LV PL= + - h h C T T

Transfert de chaleur Chap 11 - 12

Condensation en film laminaire sur un ensemble vertical de N tubes :

1

4, DD N = Nh h

La décroissance du coefficient s’explique par l’augmentation de l’épaisseur du film liquide qui ruisselle sur les tubes inférieurs. Cette corrélation peut cependant sous estimer le

transfert : le ruissellement d’un tube sur l’autre peut contribuer à l’augmentation du coefficient h.