Modélisation d'un échangeur compact à trois fluides à géométrie complexe

The modeling of a three fluid compact exchanger with a complex geometry

• Auteur / Autrice : Atef Mazioud
• Direction : Jean-Félix Durastanti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 12

Mots clés

Mots clés contrôlés

Échangeurs de chaleur

Mots clés libres

Echangeurs compacts à trois fluides

Résumé

Ce travail est consacré à l'étude d'un échangeur compact à trois fluides à géométrie complexe. Ce dernier équipe une chaudière à gaz fonctionnant en deux modes distincts, un mode chauffage et un mode sanitaire. L'objectif de cette étude est de modéliser ce type d'échangeur, très utilisé dans l'industrie, lequel sera intégré dans un ensemble plus complet représentatif du fonctionnement de la chaudière afin de résoudre plusieurs problèmes relatifs à l'évacuation des produits de combustion, à la régulation et l'efficacité de la chaudière. Le circuit chauffage comprend une calandre et des ailettes ; L'échange se fait par courants croisés, les fumées arrivent sous l'échangeur et circulent entre les ailettes où elles échangent de la chaleur avec l'eau chaude de chauffage dans la calandre. L'eau chaude sanitaire circule dans un tube corrugué appelé chignon, dans lequel le fluide effectue sept passes à l'intérieur des cylindres constituant le circuit d'eau chaude. L'échange eau chaude de chauffage - eau chaude sanitaire est à fluides séparés. L'eau de chauffage circule dans un tube lisse et effectue deux passes dans l'échangeur. Nous proposons une première étape qui consiste d'une part, à étudier le circuit sanitaire, d'autre part à mesurer l'influence des corrugations sur les transferts thermiques ainsi qu'à établir expérimentalement des corrélations pour les coefficients d'échanges interne et externe pour ce type d'écoulement et de géométrie de tubes. Nous avons dans une seconde étape développé un modèle de connaissance de notre système utilisant une méthode aux différences finies et intégrant l'ensemble des résultats expérimentaux précédemment obtenus. Dans une seconde phase, nous proposons une démarche plus fine qui consiste à partir de la méthode numérique des volumes finis à développer un modèle tridimensionnel. La seconde étape de cette autre approche a été la validation expérimentale et les interprétations physiques de l'échangeur complet. Enfin, la conclusion de ce travail met en évidence les améliorations possibles sur ce type d'échangeur ainsi que la pertinence de notre démarche qui devra permettre la conception de nouveaux échangeurs thermiques pour le type d'application.

Our work consists in studying a three fluid compact exchanger with compiex geometry. The latter equips a gaz bolier working in two different ways: a heating way and a sanitazy way. The aim of our study is to deveiop a model of that typ of exchanger, which is very much used in industry. That model will be integrated in a more complete representation of the way that boiler works in order to resolve several problems linked to the evacuation of the combustion products, to the regulation and the efficiency of the boiler. The heating circuit contents a calander and blades. The exchange is made thanks to crossed currents. The smokes arrive under the exchanger and circulate between the blades where the exchange is made between heat and the heating's warm water, in the calander. The sanitaiy warm water circulates in a corrugated pipe in which the fluid goes back and forward seven times in the cylinders which constitutes the warm water circuit. The exchange heating warm water/ sanitary warm water is made through separated fluids. The heating water circulates in a smooth pipe and goes back and forward twice in the exchanger. We propose a first step which consists, on the one hand, in studying the sanitary circuit, and on the other hand, in measuring the influence of the corrugations on the thermal transfers and in experimentally establishing the correlations for the coefficients of internaI and external exchanges for type of flow and of pipe geometry - As a second step, we have developed a model of knowledge of our system using a method with determined differences and integrating the entire lot of our proceeding obtained experimental results. Secondly, we propose to follow a more accurate reasoning which consists in standing from the numerical method ofthe finished volumes to develop a three-dimensional model. The second stage of that different approach was the experimental validation and the physical interpretations of the complete exchanger. At last, the conclusion of that work puts forward the possible improvements on that type of exchanger as well as the pertinence of our approach which will allow the conception of new thermal exchangers adapted to their application.