Étude expérimentale de l'encrassement côte-air des échangeurs thermiques compacts

Experimental investigation into the air-side fouling of compact hat exchangers

• Auteur / Autrice : Ramin Haghighi Khoshkhoo
• Direction : Francis McCluskey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et transferts
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble, Isère, France ; 1971-2015)

Résumé

Dans ce projet, on a un problème industriel lié aux échangeurs thermiques compacts : l'encrassement côté-air dû à la présence de particules (de sciure) de différentes tailles. Les paramètres déterminants de l'encrassement en présence de grandes particules sont surtout géométriques : forme de l'ailette, section efficace, taille des particules. L'avantage de regarder l'encrassement par taille ''discrétisée'' est que nous avons pu mieux mettre en évidence la profondeur d'encrassement. Il y a une gamme de particules intermédiaire pour laquelle la pénétration à l'intérieur de l'échangeur est maximale. L'encrassement pour cette taille critique est le plus nuisible et implique une interaction très forte avec les plus petites particules (l'encrassement ''sous-surface''). Une méthode a été présentée pour prédire la taille de ces particules critiques pour n'importe quel échangeur, basée sur la section efficace de passage des particules. Le coefficient d'encrassement (F) a été défini comme la chute de pression due exclusivement à la masse encrassante. Si l'encrassat agit comme un filtre devant l'échangeur, (F) devrait rester indépendant de la vitesse de l'air et ne changera de valeur qu'avec le niveau d'encrassement. On a aussi défini dans cette étude une ''taille équivalente'' pour différents mélanges de particules. Ceci revient à comparer les mesures des masses récupérées pour les particules ''poly disperses'' à celles pour les particules ''mono-disperses''. Une proposition a été présentée pour réduire l'effet de l'encrassement de l'échangeur et préserver autant que possible son fonctionnement par la modification des trajectoires de l'air de refroidissement.

In this study, the industrial problem of air-side fouling the compact heat exchangers has been studied for particulates (Sawdust) of various sizes. Results show that with a 5% mass fraction of large particules mixed with the smaller foulant, there is a considerable effect on the performance of heat exchanger. These large particles become nucleation sites for small particle fouling in that once blocked on the surface, the smaller particules are no longer able to pass trough heat exchanger. The dominant parameters are geometric i. E fin spacing and shape as well as particle size. The advantage of looking at fouling using discrete particles size rather than a general mix or one singlegranule size is that we are able to distinguish a range of particle size for which the penetration inside the exchanger is maximal. Fouling for this critical size is most harmful (''sub-surface'' fouling). We have proposed a method to predict the size of these critical particles for an exchanger, based on the geometry factors mentioned. We defined the fouling coefficient, (F) as the pressure drop due exclusively to the fouling mass. If the foulant acts like a filter in front of the exchanger, (F) should remain independent of the air velocity and this value will change only with the level of fouling. We also defined an ''equivalent size'' for various mixtures of particules. These were obtained by comparing measurements of the foulant recovered for poly disperse sets of particles with thoses for the single size range. Finally we present a proposal to reduce the effect of fouling on the exchanger and to preserve its operation by the modification of the trajectories of the cooling air.