TP Echangeur B [PDF]

Zitiervorschau

MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ ABOU BEKR BELKAÏD TLEMCEN FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE

Master 2 Génie Mécanique

TP Echangeur de Chaleur

Option : Energétique

Réalisé par: -AZIZ Alae Eddine -Amimer Farah

-Ayachi Chaima Année universitaire : 2020 / 2021

Introduction : Les échangeurs à surface primaire sont constitués de plaques corruguées, nervurées ou picotées. Le dessin du profil de plaques peut être assez varié mais il a toujours un double rôle d’intensification du transfert de chaleur et de tenue à la pression par multiplication des points de contact.

Figure 1 : Différentes géométries de plaques d’échangeurs à surface primaire

But : -montré le transfert de chaleur entre deux fluide dans un échangeur de chaleur à plaque. - l’effet de change la direction de l’écoulement du fluide sur le transfert de chaleur dans un échangeur de chaleur à plaque. -la variation du coefficient de transfert thermique en fonction de type de montage (cocourant et contre-courant)

Préparation de l’essai :

Installer l’échangeur de chaleur à plaque(H100B) puis contacter les conduites de l’eau chaude et froide afin d’obtenir le circuit désiré, et suivre les détails mentionnés dans le procédé de manipulation :  Fixé la température de réservoir à 57°c  Fixé le débit d’eau à 0.8/min  Varié le débit d’eau cinq fois entre 0.8 et 2litre /min  Dans chaque valeur de débit chaude attendu 60s et mesuré les quatre températures (Entre chaud, sortie chaud, entre froide, sortie froide)

A-Manipe : Co-courant :

Tcs(1) [°c]

Tce(2)[°c]

Tfe(3)[°c]

Tfs(4) [°c]

Vc [L/min]

Vf [L/min]

1

42.8

53.1

21.7

41.6

0.90

0.45

2

44.6

54.6

29.9

44

1.10

0.45

3

45.4

54.8

20.4

44.9

1.31

0.45

4

46.4

54.6

19.9

45.6

1.55

0.45

5

47.3

54.8

19.6

46.6

1.75

0.45

Partie calcul : Ecoulement Co-courant : -La température de fluide chaud ∆tc=T2-T1 - La température de fluide froid ∆tf=T4-T3 -La quantité de chaleur cédée par l’écoulement chaud Qc• ¿

Vc *ρc*Cpc*∆tc *1000 60

-La quantité de chaleur reçue par l’écoulement froid Qf• ¿

Vc *ρ *C *∆t *1000 60 f pf f

-Le rendement thermique Qf • ŋ th= ∗100 Qc • -Le rendement de l’écoulement chaud T 2−T 1 ŋ c= ∗100 T 2−T 3 -Le rendement de l’écoulement froid T 4−T 3 ŋf = ∗100 T 2−T 3 -Le rendement moyen ŋ f +ŋ c ŋ moy= 2 -La température moyenne Tmoy : Tmoy=Tcmoy=Tfmoy=

Te+ Ts 2

-La chaleur spécifique CP [kj/kg .k] CP = 6*10-9*T4-10-6*T3+7.0487*10-5*T2-2.4403 *10-3*T+4.2113 -La masse volumique ρ [kg/litre] ρ= -4.582*10-6*T2-4.0007*10-5T+1.004 La Différence de Température Logarithmique Moyen (DTLM) est donné par : DTLM=

(T 2−T 3)−(T 1−T 4 ) (T 2−T 3 ) ln ⁡[ ] ( T 1−T 4 )

-Le coefficient global de transfert de chaleur est donné par : U =

Qc• A∗DTLM∗F

A : la surface d’échange de chaleur on [m²] et donné par : A=N*a avec :N :nombre des plaque=5 A=surface de transfert de chaleur projeté a=0.008m 2 A=5*0.008=0.04m2

Remplissage des tables : Tcmoy

Tfmoy

CPc

Cpf

ρc

ρf

1 47.95

31.65

4.1778

4.1789

0.9915

0.9981

49.6

36.95

4.1779

4.1781

0.9907

0.9962

50.1

32.65

4.1780

4.1787

0.9904

0.9978

50.5

32.75

4.1780

4.1787

0.9902

0.9977

51.05

33.1

4.1781

4.1786

0.9900

0.9976

2 3 4 5

∆tc[K ]

∆tf[K]

Qc• [W]

Qf• [W]

10.3

ŋth[%]

ŋc [%]

ŋf[%]

ŋmoy[%]

19.9

640.0172

622.5564

97.2718

32.8025

63.3757

48.0891

10

14.1

758.8691

440.1845

58.0053

40.4858

57.0850

48.7854

9.4

24.5

849.3172

766.1682

90.2099

27.3255

71.2209

49.2732

8.2

25.7

876.4622

803.6636

91.6940

23.6311

74.0634

48.8472

7.5

27

904.8409

844.2009

93.2982

21.3068

76.7045

49.0056

1

2

3

4

5

U [Wm2K-1]

DTLM [K] 1

9.25107257

1820.60608

2

6.48262666

3080.57856

3

8.01190442

2789.65546

4

8.99232094

2564.94368

5

8.80614004

2703.97739

B-Manipe  : Contre-courant  : -Dans la manipe B nous avons changé les tuyères de fluide froide c’est à dire Mettre les tuyères de l’entre dans la sortir et la sortir dans l’antre. -nous avons rempli la table à partir de lecteur dans la machine

Tcs(1) [°c]

Tce(2)[°c]

Tfs(3)[°c]

Tfe(4) [°c]

Vc [L/min]

Vf [L/min]

1

42.8

53.8

47.4

26.1

0.90

0.45

2

44.6

54.3

48.8

26.1

1.1O

0.45

3

46

54.7

50

26.1

1.31

0.45

4

46.6

54.4

50.2

24.8

1.55

0.45

5

47.6

55

51.3

24

1.75

0.45

Partie calcul : Ecoulement contre-courant : La température de fluide chaud ∆tc=T2-T1 La température de fluide froid ∆tf=T3-T4 Le rendement de l’écoulement chaud T 2−T 1 ŋ c= ∗100 T 2−T 4 Le rendement de l’écoulement froid T 3−T 4 ŋf = ∗100 T 2−T 4

 

La Différence de Température Logarithmique Moyen (DTLM) est donné par : DTLM=

(T 2−T 3)−(T 1−T 4 ) (T 2−T 3 ) ln ⁡[ ] ( T 1−T 4 )

« Les autre calcule reste le même que co-courant » Remplis les tables  suivant:

Tcmoy

Tfmoy

CPc

Cpf

ρc

ρf

1 48.3

36.75

4.1778

4.1781

0.9913

0.9963

49.45

37.45

4.1779

4.1780

0.9908

0.9960

50.35

38.05

4.1780

4.1779

0.9903

0.9958

50.5

37.5

4.1780

4.1780

0.9902

0.9960

51.3

37.65

4.1781

4.1780

0.9898

0.9959

2 3 4 5

∆tc[K ]

∆tf[K]

Qc• [W]

Qf• [W]

11

ŋth[%]

ŋc [%]

ŋf[%]

ŋmoy[%]

21.3

683.4015

665.0138

97.3093

39.7111

76.8953

58.3032

9.7

22.7

736.1555

708.5209

96.2461

34.3971

80.4964

57.4468

8.7

23.9

785.9762

745.7914

94.8872

30.4195

83.5664

56.9930

1

2

3

4

DTLM [K] 7.8

25.4

833.7080 1

7.4

27.3

892.6687

95.0906 10.7391

26.3513

85.8108 1674.6494

56.0810

852.0278

10.7170 95.4472

23.8709 1807.6382 88.0645

55.9677

2

4 5

U [Wm K ]

792.7781

5

3

2 -1

10.5324

1963.7938

10.6872

2052.8881

10.7398

2187.3028

Les graphes :

Le graphe de la variation de la température chaude:

∆tc=f(Vc) 12 10

∆tc

8 ∆tc[K] co-courant ∆tc[K] contre-courant

6 4 2 0 0.9

1.1

1.31

1.55

1.75

Vc

L’interprétation de graphe : Le graphe représente la variation de la température chaude (∆tc) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On voit qu’il y a une relation inversement proportionnelle entre ces deux variables : ∆tc diminue avec l’augmentation du débit chaud. On constate que cette variation prend des valeurs supérieures dans le cas d’un écoulement contre-courant Le graphe de la variation de la température froide :

∆tf=f(Vc) 30 25

∆tf

20 ∆tf[K] co-courant ∆tf[K] contre-courant

15 10 5 0 0.9

1.1

1.31 Vc

L’interprétation de graphe :

1.55

1.75

Le graphe représente la variation de la température froide (∆tf) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On voit que les deux variables augmentent proportionnellement : l’une augmente avec l’accroissement de l’autre. On note aussi que la courbe du montage contre-courant est au-dessus de celle du co-courant. Le graphe de la quantité de chaleur cédée par l’écoulement chaud :

Qc

Qc=f(Vc) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0.9

Qc• co-courant Qc• contre-courant

1.1

1.31

1.55

1.75

Vc

L’interprétation de graphe : Le graphe représente la quantité de chaleur cede par l’écoulementchaud (Qc) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On voit que Qc augmente légèrement avec l’augmentation du Vc pour les deux types de montage avec des valeurs un peu supérieures pour le montage contre-courant. Le graphe de la quantité de chaleur cédée par l’écoulement froid :

Qf

Qf=f(Vc) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0.9

Qf• co-courant Qf• contre-courant

1.1

1.31 Vc

L’interprétation de graphe :

1.55

1.75

Le graphe représente la quantité de chaleur reçue par l’écoulement froid (Qf) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On voit que Qf augmente proportionnellement avec Vc pour les deux types de montage, la puissance froide au co-courant prend des valeurs inferieures que celle du contre-courant. Le graphe de rendement thermique de l’échangeur :

ŋth 120 100

ŋth

80 ŋth[%] co-courant ŋth[%] contre-courant

60 40 20 0 0.9

1.1

1.31

1.55

1.75

Vc

L’interprétation de graphe : Le graphe représente le rendement thermique (ŋth) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On voit que le rendement pour les deux écoulements prend des valeurs convergentes, mais on note des valeurs un peu plus grandes pour le montage contre-courant.

Le graphe de rendement de l’écoulement chaud :

ŋc

ŋc 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0.9

ŋc [%] co-courant ŋc [%] contre-courant

1.1

1.31

1.55

1.75

Vc

L’interprétation de graphe : Le graphe représente le rendement de l’écoulement chaud (ŋc) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On voit que le rendement pour l’écoulement contre-courant est plus élevé par rapport à celui du co-courant. Ce dernier prend une valeur maximale pour un faible débit puis il diminue avec l’accroissement du débit. Le graphe de rendement l’écoulement froid :

ŋf

ŋf=f(Vc) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.9

ŋf[%] co-courant ŋf[%] contre-courant

1.1

1.31 Vc

L’interprétation de graphe :

1.55

1.75

Le graphe représente le rendement de l’écoulement froid (ŋf) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On remarque que les deux variables augmentent proportionnellement, le rendement de l’écoulement contre-courant prend des valeurs plus élevées que celui du co-courant où on peut voir que la courbe du contre-courant est au-dessus de celle du co-courant. Le graphe de rendement moyen :

ŋmoy=f(Vc) 70 60 ŋmoy

50 40

ŋmoy[%] co-courant ŋmoy[%] contre-courant

30 20 10 0 0.9

1.1

1.31

1.55

1.75

Vc

L’interprétation de graphe : Le graphe représente le rendement moyen (ŋmoy) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). Le rendement de l’écoulement contre-courant prend des valeurs beaucoup plus élevées que celui du co-courant où on peut voir que la courbe du contre-courant est au-dessus de celle du co-courant. Le graphe de la différence de température logarithmique moyen (DTLM) :

DTLM=f(Vc) 12 10 DTLM

8 DTLM [K] co-courant DTLM [K] contre-courant

6 4 2 0 0.9

1.1

1.31 Vc

L’interprétation de graphe :

1.55

1.75

Le graphe représente la variation de la Différence de Température Logarithmique Moyen (DTLM) en fonction du débit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). On remarque que les valeurs du DTLM pour les deux courbes sont convergentes. On constate aussi que l’écoulement contre-courant prend des valeurs supérieures que celui du co-courant où on peut voir que la courbe du contre-courant est au-dessus de celle du cocourant. Le graphe de coefficient global de transfert de chaleur :

U=f(Vc) 3500 3000 2500 U [Wm2K-1] co-courant U [Wm2K-1] contrecourant

U

2000 1500 1000 500 0 0.9

1.1

1.31

1.55

1.75

Vc

L’interprétation de graphe : Le graphe représente la variation du coefficient global de transfert de chaleur (U) en fonction du debit chaud (Vc) pour les deux montages (co et contre-courant). Pour cette variable (U), le coefficient dont l’écoulement co-courant prend des valeurs supérieures que celui du contre-courant.

N.B : Dans les graphes ci-dessus on note le décalage de quelques valeurs, ceci probablement du aux erreurs commise pendant l'expérience ou bien a la mauvaise prise des valeurs de température lors de la manipulation.

Conclusion  :

-La configuration la plus meilleur pour obtenir un bon rendement thermique est-elle de contre-courant. Perce que le rendement thermique est la facture de comparaison dans l’échangeur Remarque : -Ilya une fluctuation de température dans la machine chaque Person lire une température différant à l’autre mais la différence n’est pas très important. -dans la machine la résistance de chauffage de l’eau est mal fonction. -Difficile pour réglé le débit de l’eau froid. -Même pour réglage débit chaud -on observe aussi l’air dans les tuyères on peut créer la perte de charge et aussi les fuites dans les tuyères c’est à dire influentes sur les valeurs de l’expérience -j’aspire mes remarque prendre avec considération