TP Contr Courante [PDF]

Zitiervorschau

1Introduction: Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un fluide vers un autre sans les mélanger. Le flux thermique y traverse la surface d'échange qui sépare les fluides .L'intérêt du dispositif réside dans la séparation des deux circuits et dans l'absence d'autres échanges que la chaleur, qui maintient les caractéristiques physico-chimiques (pression, concentration en éléments chimiques...) de chaque fluide inchangées hormis leur température ou leur état. Un échangeur se caractérise par les fluides en présence, le but recherché et la puissance à mettre en œuvre ; ces critères déterminent sa forme et ses dimensions optimales

2/But du TP  : -Ce TP a pour but de démontrer le principe de fonctionnement d’un échangeur de chaleur à tubes étrangleurs fonctionnant à contre-courant.

3/Partie théorique : 3-1-Principe et méthode  d'échangeur de chaleur  :

L'échangeur de chaleur le plus simple est constitué de deux tubes cylindriques coaxiaux. Un fluide (généralement le chaud) circule dans le tube intérieur, l'autre dans l'espace compris entre les deux tubes. Le transfert de chaleur du fluide chaud vers le fluide froid s'effectue à travers la paroi que constitue le tube intérieur. Quand les deux fluides circulent dans le même sens, on parle d'un échangeur de chaleur à co-courant (figure 1). Si les deux fluides circulent en sens opposé, on dira que l'échangeur de chaleur est à contrecourant (figure 2).

Fig 1 : Principe d’un change Co-courante

Fig 2 : principe d’un change contre courante

3-2 - Résumé de la théorie : Puissance émise = Q C ρ CCp C( t C in - t C out) Puissance absorbée = QF ρ F Cp F (tf out-tf in) Puissance perdu = puissance émise - puissance absorbée -Log différence de température moyen: Δtm= Δt1-Δt2/ln (Δt1/Δt2) -Coefficient global de transfert de chaleur : U=puissance absorbée/transmission de chaleur . Δtm.surface

Débit de l’eau froide :

QF = 1000 cc /min

=1L/min= (1x10-³)/60 m³/s

Débit de l’eau chaude : Q

C

= 2000 cc /min

=2L/min = (2x10-³)/60 m³/s

4/. Partie expérimentale  :

Fig .3 montage de l’expérience

1.

Transfert de chaleur convectif sur le modèle d’un échangeur de chaleur coaxial

2.

Fonctionnement à courant parallèle ou à contre-courant ajustable au moyen de robinets à tournant sphérique

3.

Circuit d’eau chaude fermé, isolé, avec réservoir, pompe et dispositif de chauffage avec thermostat

4.

Capteurs de température: températures d’entrée, températures de sortie et températures à mi-parcours de l’échangeur de chaleur

5.

Mesure du débit par 2 capteurs de débit avec roues à ailettes

6.

Logiciel GUNT pour l’acquisition de données via USB sous Windows 8.1, 10

3-3-Résultats et calculs  :

1-Ecoulement à co-courant  T 60 C ° :

L’eau (froide) L’ eau (chaude) T milieu (C° ) Cp ( kj/kg.°C) Ρ(kg/m³ )

T entre C° 21 50

T milieu C° 25 45

TC= 45 C° 4.174 990 .15

       

Tf=(T Fe + T Fs)/2= 25.5°C Tc=(T Ce + T Cs)/2 = 42.5°C Pc= Qc x ρ c x Cp c x (TCe – TCs) = 2066.44w Pr= Qf x ρ f x Cp f x (TFs – TFe)=624.78w Pp= Pc-Pr=1441.66W Δ T1 = T ec – TeF = 29 Δ T2 = T sc – TsF = 5 MLDT= (ΔT1- ΔT2)/[ln(ΔT1/ ΔT2)]=13.65°C



U= Pr/(MLDT x S)= 1907.14W/m².°C

  

Ƞf=(T Fs- T Fe)/(T Ce- T Fe)=0.31 Ƞc=(T Ce- T Cs)/(T Ce- T Fe)=0.517 Ƞmoy=( Ƞf+ Ƞc)/2=0.4135

Profils de températures des deux fluides :

T sorite C° 30 35 TF = 25 C° 4 .178 996.95

ΔT1 est inférieur à T2. Les températures varient en parallèle les unes avec les autres.On obtient deux droites représentant la variation des températures des fluides telle que la différence T1 est légèrement inférieure à T2.Un échange de chaleur s'est produit et la température de l'eau a diminué,

2-Ecoulement à centre -courant  T 60 C ° :

L’eau (froide) L’ eau (chaude)

T milieu (C° ) Cp ( kj/kg.°C) Ρ(kg/m³ )          

T entre C° 17 50

T milieu C° 24 45

TC= 45 C° 4.174 990 .15

Tc=(T Ce + T Cs)/2 = 46°C Tf=(T Fe + T Fs)/2= 24°C Pc= Qcx ρ c x Cp c x (TCe – TCs) = 1102.10w Pr= Qf x ρ f x Cp f x (TFs – TFe)=971.89w Pp= Pc-Pr=130.21W MLDT= (ΔT1- ΔT2)/[ln(ΔT1/ ΔT2)]=20.03°C U= Pr/(MLDT x S)= 1833.03 W/m².°C Ƞf=(T Fs- T Fe)/(T Ce- T Fe)=0.823 Ƞc=(T Ce- T Cs)/(T Ce- T Fe)=0.242 Ƞmoy=( Ƞf+ Ƞc)/2=0.5325

Profils de températures des deux fluides :

T sorite C° 31 42

TF = 24C° 4 .178 996.95

ΔT1 est inférieur à T2. Les températures varient en parallèle les unes avec les autres. On obtient deux droites représentant la variation des températures des fluides telle que la différence T1 est légèrement inférieure à T2. Un échange de chaleur s'est produit et la température de l'eau a diminué,

Conclusion : Les performances de l'échangeur de chaleur peuvent être affectées par des paramètres tels que la température de l'eau chaude et le débit de l'eau froide. Nous avons observé une diminution de l'efficacité et une augmentation du coefficient de transfert de chaleur. Il a été conclu que l'efficacité d'écoulement à contre-courant est supérieure à l'efficacité d'écoulement à contre-courant. Et Il a été conclu que l'efficacité du flux à contre-courant est supérieure au rendement du flux à co-courant .