Mines de Douai Dpartement nergtique Industrielle Evaluation des

Mines de Douai - Département Énergétique Industrielle Evaluation des performances thermique et massique des échangeurs thermique lors de la condensation des effluents gazeux en présence d’incondensable Mohamed SAGHIR-Serge RUSSEIL– Bernard BAUDOIN saghir@ensm-douai. fr École des Mines de Douai Dépt Énergétique Industrielle BP 838 59 508 DOUAI 1

Introduction : les batteries de tubes à ailettes Air chaud et humide ailette circulaire Fluide froid tube ailette plane Enjeux industriels 2 ® Réduction des coûts • Climatisation d’investissement de fabrication Utilisations industrielles • Déshumidification ® Amélioration de l’efficacité énergétique & compacité

Num. - Modélisation Équations de transport • Résolution des équations de transport (Fluent) S 1) 2) 3) 4) Équation de continuité Équation de transport de la masse Équation de transport de la quantité de mouvement Équation de transport de la chaleur • Modélisation de la condensation a) Disparition de vapeur d’eau à la paroi Sv b) Dégagement de chaleur latente Si 3

Num. - Modélisation Conditions aux limites à l’interface de condensation • Transport des espèces • Transport de la chaleur Air humide Interface de condensation condensat Ailette 4

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, géométrie Air humide t 1 t 2 t 3 t 4 5 [Jang (1998) Expérimental] Lx=0, 4 m; Ly=0, 266 m; Hail = 3. 4 mm; dail = 0, 4 mm; Pl=54. 6 mm; Pt=63 mm; Ntubes: 24; Nrt: 4 Matériau: acier carbone

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Maillage et conditions aux limites : - condition de symétrie : plans médians de l’ailette et de l’espacement inter-ailettes -Vitesse d’entrée : 1, 2, 3, 4, 5, 6 m/s - Intensité turbulente à l’entrée : 2 % - Température à l’entrée : 300 K - Humidité relative 70 % - Température des tubes : 280 K 6

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Comparaison Expérimental/Numérique en régime humide ü Variables adimensionnelles G : vitesse massique, [kg. m− 2. s− 1] 7

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, global Comparaison Expérimental/Numérique en régime humide Re>3500 Re>4500 différence de satisfaisante quelques pourcents => Comparaison entre Re>3500 identique Re<3500 écarts maximaux étant inférieurs à 26 11. 2% % Re<4500 résultats expérimentaux et numériques Re<3500 écarts maximaux inférieurs à 33 % 8

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Fraction massique Au niveau de l’ailette Eau Taux de condensation Eau Air 9 • vfrontale = 4 m/s • vfrontale = 8 m/s

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Influence locale des tubes sur l’écoulement de l’effluent A l’amont de tubes 10

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Similitude entre le transfert de chaleur et le transfert de masse Température Vapeur d´eau 11 Tube 13 Tube 4 Tube 2 Tube 31 Tube 24 Tube

Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local Similitude entre le transfert de chaleur et le transfert de masse 12

Num. - Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local 13

Num. - Échangeur à tubes et ailettes circulaires indépendantes, local La variation du h en fonction de la vitesse et du numéro de rangée des tubes 14

Conclusions et perspectives Ø Conclusions Études Numériques Modélisation de condensation surfacique 1. En 3 D : batteries de tubes à ailettes Investigation au niveau local 1. Liens mécanique des fluides, transferts de chaleur et de masse mis en évidence 2. Évaluation de l’efficacité massique rang par rang Ø Perspectives Études Numériques Se rapprocher de la physique de la condensation sur les ailettes Film de condensat remplacé par distribution de gouttelettes 15 humide Film de condensat Ailette hg, fin Air e/2 Air econd humide hg, i condensat hg, 0 dail Ailette dail

Num. - Modélisation ØSchéma de discrétisation en espace de Sv au 1 er ordre Schéma au 1 er ordre Interface de condensation Condensat 16

Num. - Échangeur à tubes et ailettes planes continues, local Interactions entre la mécanique des fluides et les transferts de chaleur Au niveau de l’ailette Lignes de courant Air hsens A l’amont de tubes 17