Étude numérique de la condensation en convection forcée d'un mélange de vapeur de méthanol et de gaz non condensables sur la paroi interne d'un tube vertical

Numerical study of the methanol noncondensables gases mixture forced convection condensation inside a vertical tube

• Auteur / Autrice : Hossein Henni
• Direction : Belkacem Zeghmati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur. Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Volumes finis, Méthodes de

Transfert de chaleur

Condensation

Chaleur -- Convection

Mots clés libres

Tube vertical

Gaz non condensable

Résumé

Ce travail concerne une modélisation numérique de la condensation de type film d'un mélange de vapeur de méthanol et de gaz non condensables à l'intérieur d'un tube vertical. La paroi de ce tube est considérée dans la première partie de l'étude comme étant isotherme puis refroidie par un écoulement d'air sur sa surface externe. Les transferts dans le liquide et la vapeur sont régis respectivement par les équations classiques du ruissellement et celles de la convection forcée. Les termes de gradient de pression et de diffusion sont inclus dans l'équation du mouvement. Les équations de transfert sont adimensionnalisées puis résolues numériquement par la méthode des volumes finis et les algorithmes de Thomas et de Gauss. Dans la phase vapeur, le couplage entre le champs de la pression et celui de la vitesse est assuré par l'algorithme SIMPLE. . Les résultats sont présentés sous forme de profils de vitesse, de température, de fraction massique de la vapeur de méthanol et de pression. Des corrélations des nombres de Nusselt et de Sherwood moyens fonction des nombres de Reynolds et de Jacob sont présentées. Les résultats montrent que le taux de condensation est d'autant plus élevé que le nombre de Reynolds vapeur à l'entrée est important et que la fraction massique des gaz non condensables est faible. Le refroidissement de la paroi du tube améliore les transferts et par conséquent la condensation. Le nombre de Reynolds vapeur influe d'avantage sur les transferts que la différence entre la température du mélange et celle de la paroi. La prise en compte du gradient radial de la pression dans l'équation du mouvement conduit à des transferts plus intenses.

This study is devoted to a numerical modelisation of the film condensation of a methanol - noncondensables gases mixture inside a vertical tube. The wall of this one is considered firstly isotherm and secondly cooled by an external air flow. The transfers in the liquid and vapour phases are governed respectively by the classical stream equations and the forced convection ones. The pressure radial gradient and the diffusion terms are included in the momentum equation. The dimensionless transfers equations are solved by the finites volumes method and the Thomas and Gauss algorithms. In the vapour phase, the linkage between the pressure and the velocity fields is assumed by the SIMPLE algorithm. The results are presented as the velocity, the temperature, the vapour mass fraction and the pressure profiles. Correlations of the average Nusselt and Sherwood numbers function of the inlet vapour Reynolds number and Jacob number are presented. The results show that the condensation rate increases as the vapour Reynolds number increases and as the nonconcondensable mass fraction decreases. The cooling of the wall improve the transfers and consequently the condensation. The vapour Reynolds number has more effect on the transfers than the difference between the temperature of the mixture and the wall one. The including of the pressure radial gradient in the momentum equation conduce to an intensification of the transfers.