Intensification des transferts : typologies par régime d'écoulement et critères de performance d'échangeurs/réacteurs multifonctionnels

par Akram Ghanem

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Hassan Peerhossaini.

Le président du jury était Jean-Luc Harion.

Le jury était composé de Dominique Della Valle, Eric Herbert, Thierry Lemenand, Jean-Michel Rosant.

Les rapporteurs étaient Philippe Marty, Christophe Gourdon.


  • Résumé

    Le concept d’échangeur réacteur multifonctionnel (ERM) recouvre l’ensemble des systèmes efficaces pour réaliser une ou plusieurs opérations unitaires sur les fluides industriels. L'objectif de ce travail est de caractériser les performances de différentes configurations d’ERM en termes de mélange et de transfert de chaleur par des techniques numériques et expérimentales. Une démarche d'efficacité énergétique est adoptée pour évaluer la faisabilité de chaque configuration selon des critères de performance. Dans le régime laminaire, l'advection chaotique produite dans les réacteurs "Split-And-Recombine" (SAR) favorise le mélange par diffusion. Les caractéristiques de l'écoulement et les capacités de transfert de chaleur sont étudiées dans deux configurations SAR. Les propriétés de mélange dans ces configurations sont sensiblement supérieures aux autres géométries et une augmentation des transferts convectifs jusqu’à 20 fois supérieure est constatée. Dans le régime transitionnel ou inertiel, les géométries avec des surfaces modifiées et des inserts sont les plus efficaces. La qualité du mélange dans deux réacteurs ondulés et dans un tube muni d'inserts hélicoïdaux est évaluée. Ici nous avons montré que l’intensification relative du mélange par rapport au tube vide est supérieure à un facteur 100 dans ces configurations. Dans le régime turbulent, l'intensification des transferts convectifs par les générateurs de vortex trapézoïdaux est quantifiée dans le mélangeur statique et l'échangeur de chaleur ‘High-Efficiency Vortex’ (HEV) par des mesures thermiques expérimentales. L’amélioration maximale des transferts convectifs est de l’ordre de 12 fois par rapport au tube vide.

  • Titre traduit

    Transfert intensification : typology by flow regime and performance criteria of multifunctional heat exchangers


  • Résumé

    The concept of multifunctional heat exchanger/reactor (MHE/R) includes all systems efficient for the realization of one or several unitary operations on industrial fluids with high productivity and reduced energy expenditures. The aim of the present work is to characterize the performance of different MHE/R configurations in terms of mixing and heat transfer using numerical and experimental techniques. An energy efficiency approach is adopted to evaluate the feasibility of each configuration based on common performance criteria. In the laminar regime, chaotic advection produced in the Split-And-Recombine (SAR) reactors promotes mixing by diffusion. Flow characteristics, heat transfer capacities, and mixing qualities are investigated in two SAR configurations. Superior mixing qualities are observed in these devices and convective heat transfer is enhanced up to 20 folds compared to classical geometries. In the transitional or inertial regime, modified surface geometries and tube inserts are most efficient in process intensification. Mixing enhancement in two corrugated channel reactors with different radii of curvature and a tube fitted with helical inserts is assessed by chemical probe. Mixing intensification relative to an empty tube reaches as high as 100 folds in the laminar regime. In the turbulent regime, convective heat transfer intensification produced by the trapezoidal vortex generator is quantified in the High-Efficiency Vortex (HEV) static mixer and heat exchanger by experimental thermal measurements. Convective heat transfer in this geometry attains values around 12 times higher than those recorded in a classical plain tube configuration.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Annexes : Bibliographie : p. 157 à p. 167

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th 2486 bis
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