Rapport (Echangeur de Chaleur)

8/11/2019 Rapport (Echangeur de Chaleur)

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INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUESTOULOUSE

THERMODYNAMIQUE

THERMIQUE

BANC DESSAI DECHANGEUR DE CHALEUR

RAPPORT

Giovanni CHABOT

DOU, Jing Yan

ROSADO RIVIAL, Paul

RUIZ FUNES, Luis Ernesto

TAGONG, Krittiya

LE 20 NOVEMBRE 2013


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RAPPORT: BANC DESSAI DECHANGEUR DE CHALEUR

THERMODYNAMIQUE

INSAToulouse

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INDEX

1. OBJECTIFS ......................................................................................................... 2

2. INTRODUCTION ................................................................................................. 3

3. DESCRIPTION DE LINSTALLATION................................................................. 3

4. RESULTATS ....................................................................................................... 4

5. CONCLUSIONS .................................................................................................. 8

ANNEXES ............................................................................................................. 12

Les donnes originales ...................................................................................... 12


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1. OBJECTIFS

1. Caractriser les performances de lchangeur tubes concentriques.


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2. INTRODUCTION


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3. DESCRIPTION DE LINSTALLATION

Figure 1. Schma de linstallation de banque des changeurs

On peut voir dans cette image le schma de linstallation avec les deux

possibilits, soit pour tudier les changeurs plaques(#6), soit pour tudier les

changeurs tubulaires coaxiaux (#5) ce quon utilise dans cet exprience.

Linstallation a un systme de vannes qui permet de diriger le fluide caloporteur

quen ce cas l concerne leau chaud, qui vienne de la chauderie(#1), il est en

circuit ferm dont sa temprature est rgle par un rgulateur(#2) et il est met en

circulation par une pompe (#3), par contre le fluide froid, provienne dune source

externe et sort aprs lchange de chaleur vers le drainage. Les dbits sont

contrls par les vannes et mesurs par les rotamtres(#7).

Toutes les tempratures peuvent tre mesures par les sondes thermiques

avant et aprs les changeurs.


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Une image est proportionn en suit pour meilleur comprendre linstallation.

Figure 2. Image pour bien illustr les quipements

Rotamtres

Echangeur tubulaire

coaxial U

Pompe

Vannes

Chauderie

Rgulateur et contrles

Sondes thermiques


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4. RESULTATS

Effectuer le bilan thermique global :

Figure 3. Evolution des tempratures du fluide chaud et du fluide froid le long

dun changeur contre courant

Hypothse:

- Le rgime est permanent : tous les paramtres, toutes les variables sont

constants dans le temps,

- Lechangeur est adiabatique : la surface extrieure de l'changeur de

chaleur est bien isol. (Il n'ya pas de perte de chaleur),

- Les temperatures ne varient que dans la seule direction de lcoulement. (le


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problem est mono dimensionnel),

- La capacit calorifique change en fonction de la temperature. Comme le

fluide de travail est de l'eau, on considrera une capacit calorifique

moyenne entre les tempratures de travail,

- Il ny a pas de pertes de charge (de pression) au cours de lcoulemen.

Compte tenu des hypothses nonces haut, lapplication du premierprincipe de la thermodynamique la tranche de fluide chaud depaisseur dxchangeant la quantit de chaleur lmentaire dQC conduit :

[ ( )]

(1)

o :

- dQC = le flux de chaleur chang,- mC = le debit du fluide chaud,- hC = lenthalpie spcifique (massique) du fluide chaud,- dUc/dt = la variation de son nergie interne au cours du temps.

Si cette enthalpie varie avec la temprature selon :

(2)

o :

- CpC = la capacit calorifique pression constante du fluide chaud

Si on considre que le rgime est tabli, alors lexpression du premier principe

deviente :

[ ( )]

(3)


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(4)

Le mme raisonnement, assortit des mmes hypothses concernant le fluidefroid, conduit alors :

(5)

Or, les deux quantits dQCet dQFsont gales et de signes opposs, si bienque lon peut convenir de la dfinition de :

( ) ( )

(6)


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Calculer le coefficient dechange global Ui, ramen la surface

intrieure du tube

Tableau No. 1. Coefficient global de transfert 266,4 l/h du dbits de leau chaud

VC(l/h)

VF(l/h)

U(W/(m^2 * C))

266,4

210 195,60

310 229,16

400 257,70

500 302,96


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Tableau No. 2. Coefficient global de transfert 310,8 l/h du dbits de leau chaud

VC(l/h)

VF(l/h)

U(W/(m^2 * C))

310,8

200 194,89

300 231,30

400 266,31

500 294,00


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Tracer les variations de Uien function du debit de fluide froid (Wf) pour

les 3 dbits de fluide chaud (Wc)

Figure 4. Coefficient global de transfert (Ui) en fonction du dbit de leau froid

(Vf) et dun dbit de fluide chaud constante de 266,40 l/h

Ui = 0,3655*Vf + 116,59R = 0,99281

190.00

210.00

230.00

250.00

270.00

290.00

310.00

200 250 300 350 400 450 500

Coefficientglobaldetrans

fert,

Ui(W/(m^2*C))

Dbit de l'eau froid, Vf (l/h)

Coefficient global de transfert Linear (Coefficient global de transfert)


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Figure 5. Coefficient global de transfert (Ui) en fonction du dbit de leau froid

(Vf) et dun dbit de fluide chaud constante de 310,80 l/h

Ui = 0,3323*Vf + 130,3R = 0,99626

190.00

210.00

230.00

250.00

270.00

290.00

310.00

200 250 300 350 400 450 500

Coefficientg

lobaldetransfert,

Ui(W/(m^2*

C))

Dbit de l'eau froid, Vf (l/h)

Coefficient global de transfert Linear (Coefficient global de transfert)


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Pour un point de fonctionnement standard (rgime dcoulement

turbulent) calculer la valeur thorique du coefficient U i et comparer

avec la valeur exprimentale

Tableau No. 3. Comparetion des coefficient global de transfert exprimental et

thorique

VC(l/h)

VF(l/h)

UExprimental(W/(m2* C)

UThorique(W/(m2* C)

266,40 500,00 302,96 1146,68

310,80 294,00 1566,98


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Calculer ensuite par la method des efficacits (abaques f(NUT)) les

temperatures de sortie des fluids et comparer avec les valeurs

exprimentales

Tableau No. 4. Comparetion des temperatures de sortie exprimental et thorique

VC(l/h)

VF(l/h)

TExprimental(C)

TThorique(C)

266,40

210TC2 46,14 TC2 25,40

TF2 34,22 TF2 51,22

310TC2 45,10 TC2 22,57TF2 31,25 TF2 54,41

400TC2 43,33 TC2 31,08

TF2 29,03 TF2 45,65

500TC2 42,17 TC2 37,09

TF2 27,87 TF2 39,58

Tableau No. 5. Comparetion des temperatures de sortie exprimental et thorique

VC(l/h)

VF(l/h)

TExprimental(C)

TThorique(C)

310,80

200TC2 46,73 TC2 26,59

TF2 32,80 TF2 45,26

300TC2 47,00 TC2 21,10

TF2 32,60 TF2 55,67

400TC2 44,97 TC2 30,98

TF2 29,60 TF2 45,65

500TC2 43,20 TC2 37,05

TF2 27,83 TF2 39,55


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5. CONCLUSIONS


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ANNEXES

1. Les donnes originales

Tableau No. 1 Donnes exprimentales debit de fluid chauf de 266,40 l/h

VC

(l/h)

VF

(l/h)

T

(C)

t (min)

0 5 10 15 20

266,40

210,00

TC2 42,9 46,4 47,8 46,8 46,8

TC1 56,7 59,7 62,3 60,8 60,8

TF1 17,3 16,6 16,5 16,2 16,2

TF2 35,1 33,5 34,7 33,9 33,9

310,00

TC2 46,8 44,6 44,5 44,5 -

TC1 60,8 61,3 61,5 61,3 -

TF1 16,2 15,7 15,6 15,5 -

TF2 33,9 30,5 30,3 30,3 -

400,00

TC2 44,5 42,8 42,7 - -

TC1 61,3 61,3 61,3 - -

TF1 15,5 15,4 15,4 - -

TF2 30,3 28,4 28,4 - -

500,00

TC2 42,7 41,1 42,7 - -

TC1 61,3 61,3 61,3 - -

TF1 15,4 15,3 15,4 - -

TF2 28,4 26,8 28,4 - -


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Tableau No. 2 Donnes exprimentales debit de fluid chauf de 310,80 l/h

VC

(l/h)

VF

(l/h)

T

(C)

t (min)

0 5 10 15

310,80

200,00

TC2 42,7 46,8 48,8 48,6

TC1 61,3 60,8 61,4 61,3

TF1 15,4 16,2 15,4 15,4

TF2 28,4 33,9 34,4 34,5

300,00

TC2 48,60 46,80 46,30 46,30

TC1 61,30 60,80 61,40 61,40

TF1 15,40 16,20 15,30 15,30

TF2 34,50 33,90 31,00 31,00

400,00

TC2 46,3 44,3 44,3 -

TC1 61,4 61,4 61,4 -

TF1 15,3 15,2 15,2 -

TF2 31 28,9 28,9 -

500,00

TC2 44,3 42,6 42,7 -

TC1 61,4 61,4 61,4 -

TF1 15,2 15,2 15,2 -

TF2 28,9 27,3 27,3 -

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