Optimisation du comportement dynamique d'un échangeur de chaleur soumis au phénomène d'encrassement

par Laurence Robert-Schaal

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Michel Feidt.

Soutenue en 1998

à Nancy 1 .


  • Résumé

    En se basant sur le fait qu'avec l'apparition d'un dépôt encrassant sur les parois d'un échangeur de chaleur, la puissance thermique échangée par ce dernier diminue de façon sensible, on a développé un premier critère d'optimisation qui détermine la séquence optimale de fonctionnement marche-arrêt d'un tel appareil. Ce temps optimal correspond, pour une durée d'arrêt fixée, a une puissance moyenne échangée, maximale. En développant les différents calculs menant aux équations d'optimisation à résoudre, nous nous sommes rendus compte que cette durée optimale de fonctionnement était liée aux diverses conditions de fonctionnement telles que le régime ou la nature de l'écoulement, la géométrie de la surface d'échange, le type d'approche considère ou encore la cinétique d'encrassement. Un second critère d'optimisation plus thermodynamique, est proposé ; il permet également de déterminer le temps optimal de fonctionnement et, est base sur la minimisation de l'entropie générée. Son avantage étant de prendre en compte de façon simultanée, les irréversibilités d'origine thermique et mécanique dues à la présence d'un dépôt encrassant sur les surfaces d'échanges. Une étude comparative des deux critères d'optimisation proposés, permet de se rendre compte que dans certaines conditions particulières, les deux critères concordent, soit que la puissance moyenne échangée maximale correspond à une valeur minimale de l'entropie créée. Un second point essentiel de ce travail a été de tenter de valider le premier critère pour un cas industriel. En effet, nous avons étudié l'encrassement de la chaudière du service énergie d'un industriel, qui génère de la vapeur alimentant une turbine dans le but de produire de l'électricité. La valeur de fonctionnement optimale issue du programme d'optimisation dans ce cas, s'avère être, pour le système global, d'environ trois mois et demi. Cette valeur s'ajuste relativement bien au fonctionnement actuel de la chaudière. Cette étude de l'encrassement d'une chaudière industrielle ainsi que le développement des deux critères d'optimisation, ont représenté l'essentiel de ce travail de recherche. Néanmoins, le laboratoire dispose d'un banc expérimental de simulation de l'encrassement par formation de glace. Ce montage expérimental permet d'étudier l'évolution d'un film de glace sur une plaque de cuivre et de réaliser par le biais de mesures de températures, de pressions et d'épaisseur, un suivi minutieux du phénomène.

  • Titre traduit

    Optimization of the dynamic behavior of a heat exchanger submitted to the phenomenon of fouling


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Informations

  • Détails : 1 vol. (272 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury.
  • Annexes : 58 références

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine (Villers-lès-Nancy, Meurthe-et-Moselle). Direction de la Documentation et de l'Edition - BU Sciences et Techniques.
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