Caractérisation des performances des surfaces d'échange basée sur l'évaluation numérique du taux de production d'entropie : Application aux échangeurs de chaleur d'automobiles

par Julien Herpe

Thèse de doctorat en Génie mécanique et énergétique

Sous la direction de Bernard Baudoin.

Soutenue en 2007

à Valenciennes .


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse présente une méthode de caractérisation des performances des ailettes d’échangeurs de chaleur automobiles basée sur le second principe de la thermodynamique. Dans le cadre de la mise en place d’une plateforme d’optimisation des surfaces d’échanges, l’approche proposée s’appuie sur des outils de modélisation numérique. L’étude est en particulier consacrée à la détermination du nombre de production d’entropie N s1 = ƒ (S gen) et à son évolution en fonction de paramètres clés du dimensionnement des ailettes d’échangeurs. Les termes du taux de production d’entropie S gen sont modélisés par une approche RANS. Une attention particulière est portée à la modélisation en proche paroi. Des lois de paroi spécifiques aux termes de production d’entropie sont introduites et discutées. A partir des champs locaux du taux de production d’entropie, le critère N s1 est déterminé. La méthode est tout d’abord appliquée à une configuration d’ailette munie de promoteurs de tourbillons longitudinaux. L’angle d’incidence des promoteurs et la conductivité de l’ailette sont modifiés afin d’étudier l’influence du transfert conjugué sur le taux production d’entropie. Dans un second temps des ailettes à persiennes sont étudiées. Les influences sur N s1 du point de fonctionnement, de la résistance de contact thermique tube-ailette, et de paramètres géométriques sont examinées. Cette étude révèle l’existence d’un optimum thermodynamique qui est fonction de ces différents paramètres. Le critère qui lie les irréversibilités visqueuses et thermiques met en lumière la compétition entre ces deux phénomènes antagonistes et permet de définir une limite caractérisant la prépondérance de l’un par rapport à l’autre

  • Titre traduit

    Characterization of thermodynamic fin performances based on the numerical calculation of entropy production rate : application to the automotive heat exchangers


  • Résumé

    This thesis presents a methodology for the characterization of automotive finned tube heat exchanger performances, which is based on the second law of thermodynamics. In order to integrate this methodology as a part of an optimization platform of finned surfaces, the proposed approach is based on the numerical tools. The study is focused on the estimation of the entropy production number N s1 = ƒ (S gen) and on the evolution of this criterion with respects to the key parameters of the fin surface design. A RANS approach is used to calculate each term of the entropy production rate S gen. We focus our attention on the entropy production rate near the wall and specific near wall treatments for the entropy production terms are introduced and discussed. With all local information obtained, the entropy production criterion is calculated. The methodology is first applied to a finned tube with longitudinal vortices generators. The angle of attack of the vortices generators and the fin material are modified in order to study the influence of the conjugated heat transfer on the entropy production rate. As a second step, louvered fins are examined. The influences on N s1 of the operating point, of the thermal contact resistance between the tube and the fin, and of geometrical parameters are examined. This study reveals the existence of a thermodynamic optimum which depends on these parameters. The entropy production number that links the viscous and thermal dissipation terms shows a competition between two antagonist phenomena and permits to determine the boundary that characterize the predominance of the one with respect to the other

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Informations

  • Détails : 1 vol. (209 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 185-192. Annexes

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  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : 900419 TH
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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 900420 TH
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