Echangeur de chaleur à courants croisés








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date de publication18.01.2018
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Echangeur de chaleur à courants croisés






Le processus d’échange thermique par convection forcée entre un fluide et un faisceau de tubes est d’une grande importance dans de nombreuses branches de l’industrie. Une veine d’essais de dimensions réduites, équipée d’un réseau de tubes alignés permet d’appréhender le processus d’échange par simulation.




CANOT Maude

DANIEL Luc

MEYER Vivien








DESCRIPTION DE L’EXPERIENCE


On étudie une soufflerie. Des barres sont positionnées, à l’intérieur d’une veine, en quinconce. Ces barres sont chauffées puis la soufflerie les refroidies. C’est ce refroidissement que nous étudions. Le chauffage du barreau de mesure est assuré par une cartouche électrique blindée de 80 Watts. La montée en température sera suivie sur l’enregistreur. On veillera à ne pas dépasser 80 degrés pour ne pas endommager le barreau.

Un baromètre « en U » nous permet d’obtenir une pression. Et à partir de ces pressions et du théorème de Torricelli, nous pouvons obtenir la vitesse de l’air à l’entrée.


Cuivre

D=12x6mm ; I=80mm

Cartouche

D’=6mm; I=80mm; P=80 W

Sondes Thermocouple Cr-Al

[41 uV/K] Nb 3 à 120°

Montées en série
.

RESULTATS EXPERIMENTAUX



Question 1


On relève les courbes de refroidissement du barreau de mesure pour chacune des 7 positions particulières, en faisant varier les valeurs du nombre de Reynolds.

Voir Courbes.
avec la différence de hauteur du liquide dans le tube incliné et la différence d’abscisse du liquide dans le tube incliné. On obtient . On peut ainsi obtenir la vitesse de l’air à l’entrée du système.

g


On relève les pentes des courbes de refroidissement du barreau pour plusieurs points de la courbe. Le tableau suivant présente la moyenne de ces différentes pentes :


Position 1

Position 2

Position 3

Position 4

Position 5

Position 6

Position 7

















Question 2


On veut retrouver la loi théorique de refroidissement de la barre, pour cela on utilise l’hypothèse des petits corps. On a donc l’équation de la chaleur suivante :



Or, on a la variation de température qui est indépendante de la position, d’où   .

Etant donné que , on obtient l’équation :


Si on pose et tel que τ représente la durée caractéristique du refroidissement, l’équation différentielle vaut alors .

La solution de cette équation s’écrit donc sous la forme
On peut donc maintenant chercher une estimation du coefficient d’échange entre la surface du barreau et le fluide. Pour cela, on exprime en fonction des paramètres connus.

J·kg-1·K-1



On peut donc maintenant retrouver la valeur du coefficient d’échange à partir de .




Position 1

Position 2

Position 3

Position 4

Position 5

Position 6

Position 7





















8.26







h []
En convection forcée on obtient normalement des valeurs de h comprises entre 10 et 100 . La différence obtenue provient de la précision du tracé des pentes de courbes de refroidissement.
On constate que le coefficient d’échange h augmente lorsque l’on chosit les barres de plus en plus éloignées avec l’entrée d’air.

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