Étude et conception d'une tour de refroidissement sans entrainement d'aérosol

Study and design of a new concept cooling tower without aerosol entrainment

• Auteur / Autrice : Chantal Maatouk
• Direction : Denis Clodic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Légionelles

Granulométrie

Aérosols

Écoulement diphasique

Tours de refroidissement

Transfert de chaleur

Résumé

A l’heure actuelle, l’entraînement vésiculaire pénalise l’exploitation des tours de refroidissement malgré les hautes performances énergétiques qu’elles présentent. L’objectif de ce travail est alors de concevoir un nouveau système de refroidissement par voie humide, sans entraînement d’aérosol. Une étude expérimentale et une revue bibliographique ont montré que la pulvérisation est à l’origine de la formation de gouttes. L’impact de l’eau sur le corps d’échange et le flux d’air soufflé à contre courant contribuent à la désintégration des gouttes et leur entraînement dans l’atmosphère. Un nouveau système de refroidissement, basé sur le débordement d’un film d’eau sur une plaque inclinée, à contre courant d’un flux d’air est conçu et ses caractéristiques géométriques définies. Les résultats expérimentaux ont souligné l’effet du ralentissement du film d’eau et de son étalement à la surface d’écoulement sur l’amélioration des performances énergétiques. L’étude des transferts de chaleur et de masse entre l’eau et l’air et de l’écoulement de l’eau a permis de corréler l’évolution du coefficient de transfert de chaleur aux régimes d’eau et d’air et à l’inclinaison de la surface d’échange. La stabilité du film d’eau est caractérisée et une corrélation donnant la vitesse critique de refoulement en fonction du régime d’eau et des propriétés physiques de l’eau et de la plaque d’écoulement est élaborée. Un prototype de taille industrielle est conçu, réalisé et testé sur site. Les nouveaux systèmes de distribution d’eau et d’air sont conçus, simulés et validés par des campagnes d’essais menées en laboratoire et sur site. Les puissances énergétiques échangées sont comparables à celles d’une tour classique et les mesures granulométriques effectuées soulignent l’absence d’entraînement de gouttes dans le flux d’air sortant du prototype.

At present, aerosol drift penalizes the exploitation of wet cooling towers in spite of the high-energy performances that they present. The aim of this work is then to design a new concept of cooling tower, without drift entrainment. An experimental study and a bibliographical review showed that pulverization is at the origin of the formation of drops. The impact of water on the fill and the flow of air blown currently to water contribute to the disintegration of the water droplets and their entrainment in the atmosphere. A new system of evaporative cooling, based on the overflow of water film on an inclined plate, currently to the airflow is designed and its geometrical characteristics are defined. The experimental results underlined the effect of the water film deceleration and its spreading out on the heat exchange surface on the improvement of the energy performances. The study of the heat and mass transfer between air and water has allowed to elaborate a correlation giving the evolution of the heat transfer coefficient in function of water and air regimes and with the surface inclination angle. The stability of water film is characterized and a correlation is developed allowing the determination of the flooding velocities, taking into consideration the effect of the surface energy. An industrial size prototype is designed, constructed and tested on site. The water and air distribution systems are designed, simulated and validated by tests carried out in laboratory and on site. The energy performance of the new system is comparable with those of a classical cooling tower and the granulometry measurements underlined the absence of aerosol drift in the discharged air from the prototype.