Étude expérimentale et numérique des écoulements diphasiques et du diagnostic des échangeurs industriels à plaques et ondes

Experimental and numerical studies of two phase flow distribution and diagnostic of plate and fin industrial heat exchangers

• Auteur / Autrice : Selma Ben Saad
• Direction : Jean-Pierre Leclerc, Caroline Gentric
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 24/01/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Christian Jallut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Clément
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lounès Tadrist, Laurent Prat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Échangeurs de chaleur

Écoulement diphasique

Mots clés libres

Visualisation

Mesures de débits et de pression

Simulations par CFD

Méthode de traçage

Échangeur à plaques et ondes industriel

Écoulement diphasique

Résumé

Ce travail concerne l'étude expérimentale et numérique de la distribution simple et double phase dans un échangeur à plaques et ondes. Des mesures expérimentales de débit et de pression et des visualisations par caméra rapide ont permis de caractériser l'écoulement du mélange eau/air à la pression atmosphérique et dans des conditions adiabatiques. Les simulations numériques par CFD ont permis de caractériser les pertes de charges en simple phase dans les ondes « serrated » et de simuler les régimes d'écoulement diphasiques (bulles, poches, bulles toriques,...) au niveau du distributeur. Des traçages au sel analysé par conductimétrie ont permis de caractériser les régimes d'écoulement diphasiques et de faire le diagnostic de l'échangeur : déterminer les défauts, leurs amplitudes et leurs localisations. Ces trois moyens : visualisation et mesure expérimentale des distributions des phases et des pertes de charges, simulation de type CFD et traçage ont mis en évidence les paramètres influant sur la distribution comme les alimentations des fluides, les propriétés physiques des fluides, la géométrie du distributeur, les régimes d'écoulement, afin d'améliorer les performances des systèmes avec échange thermique

This work deals with experimental and numerical studies of single and two-phase flow distribution in a plate and fin heat exchanger. Flow rates and pressure measurements, as well as visualization using speed camera have been used to characterize the air/water flow at atmospheric pressure and at adiabatic conditions. CFD simulations have permitted to calculate pressure drop in single phase flow of offset strip fins and to simulate two phase flow patterns (bubbles, slug, toric bubbles,...) in the distributor. Tracer experiments using salt and conductimetry allowed to characterize single and two phase flow distribution and to perform a diagnosis of the heat exchanger: find the defaults, their amplitudes and their localizations. All these methods: experimental data, CFD simulations and tracer methodology allowed to point out the important parameters affecting the distribution like same or opposed inlet fluid alimentations, physical properties, distributor design and the flow patterns, to improve overall performances of heat transfer systems