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Zitiervorschau

Compte Rendu TP N°1 Transfert de chaleur ETUDE DES ECHANGES THERMIQUES DANS UN LIT FLUIDISE

Naija Imen | Torjmen Imen | Khaskhousi Aous 2EN3

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Table de matières I.

Introduction ............................................................................................................ 3

II.

Etude théorique ...................................................................................................... 3

III.

Méthodologie et Instrumentation ....................................................................... 4

1.

Instrumentation .................................................................................................. 4

2.

Méthodologie ...................................................................................................... 4

IV.

Etude expérimentale ........................................................................................... 5

1.

Expérience 1 ........................................................................................................ 5

2.

Expérience 2 ........................................................................................................ 7

1

LISTE DES FIGURES Figure 1 : Different regimes du lit ................................................................................... 3 Figure 2 : Schéma du dispositif expérimental ................................................................. 4 Figure 3 : Δp en fonction de la vélocité superficielle ....................................................... 6

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Ecoulement d'air croissant (expérience 1) .................................................... 5 tableau 2:Ecoulement d'air décroissant (expérience 1) .................................................. 6 Tableau 3 : Ecoulement d'air décroissant (expérience 2)………………………………………..........7

2

I.

Introduction

Les matériaux granulaires sont largement utilisés dans l’industrie et sont toujours en contact avec des fluides, il est alors important d’étudier les différentes interactions entre ces matériaux et les fluides en particulier l’échange les interactions thermiques. On se propose dans ce TP d’étudier le transfert de chaleur dans un lit fluidisé.

II.

Etude théorique

Pour un lit de particules donné, l’état de la suspension change en fonction de la vitesse de fluidisation. En augmentant de façon progressive le débit de fluidisation (en pratique nous utiliserons la notion de vitesse de fluidisation qui correspond à la vitesse en fût vide), nous observons les phénomènes suivants : -

-

-

Aux très faibles vitesses de gaz, les particules sont immobiles. Aucune fluidisation ne se produit ; À une vitesse minimale de fluidisation 𝑈 , les particules bougent légèrement et se mettent en suspension. La suspension reste homogène et aucune bulle n’apparaît. À une vitesse légèrement supérieure à 𝑈 des bulles apparaissent. En augmentant la vitesse de fluidisation et sur une plage opératoire relativement large, le lit reste fluidisé. Au fur et à mesure que la vitesse de fluidisation augmente, la taille et le nombre des bulles croissent progressivement et l’agitation de la suspension devient de plus en plus violente. Quand on dépasse la vitesse terminale de chute libre des particules (Ut), celles-ci quittent le lit fluidisé avec le courant gazeux.

Figure 1 : Different regimes du lit

3

III.

Méthodologie et Instrumentation 1. Instrumentation Le dispositif expérimental est composé de : -

Une chambre cylindrique en verre. Système de contrôle et mesure de débit d’air. Système de chauffage cylindrique a puissance réglable. Thermocouple. Prise de pression.

Figure 2 : Schéma du dispositif expérimental

2. Méthodologie Afin d’effectuer les 2 expériences du TP il faudra suivre la démarche suivante : 1) Ouvrir la vanne du compresseur pour libérer l’air sous pression tout en ayant les vannes du banc fermées. 2) Mettre sous tension le banc 3) Ouvrir la vanne d’air comprimé du banc petit a petit tout en enregistrant les données relatives à l’expérience.

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IV.

Etude expérimentale

Ci-dessous sont les différents données et formules de calcul qu’on va utiliser le long de la partie expérimentale : Hauteur de la sonde 𝑇 = 40 𝑚𝑚 Hauteur du réchauffeur=40 mm Densité des particules ρ = 3770 S = 8.66.10 A=2.4 10 -

𝑚 : Superficie transversale du lit

𝑚 superficie de réchauffeur

Débit volumique d’écoulement d’air à travers le lit : T T

V =V -

La vélocité superficielle : 𝑈=

-

𝑉 𝑆

Le coefficient de transfert de chaleur superficielle : ℎ=

𝑄 𝐴(𝑇 − 𝑇 )

1. Expérience 1 Tableau 1 : Ecoulement d'air croissant (expérience 1)

1

2

3

4

5

6

7

V_m [L/min]

20

40

60

80

100

120

140

T_1 [°C]

15

15.9

16.5

16.7

17.1

17.3

17.7

T_2 [°C]

15.5

15.8

16.1

16.6

17.2

17.7

18

70

70

73

82.5

92.5

100

105

41

85

105

111

115

115

115

H [mm] DP [mmH2O] V_b [L/s] U [m/s] Remarque

0.33 0.67 1.00 1.33 1.67 2.00 2.33 0.03 0.07 84 70 0.1156 0.1540 0.1924 0.2306 0.2692 Lit Lit Début Amplification de Lit Lit Lit fixe fixe d'ébullition l'ébullition Fluidisé Fluidisé Fluidisé

5

tableau 2:Ecoulement d'air décroissant (expérience 1)

V_m [L/min] T_1 [°C] T_2 [°C] H [mm] DP [mmH2O] V_b [L/s] U [m/s]

1

2

3

4

5

6

7

140 17.7 18 105

120 17.3 17.7 100

100 17.1 17.2 92.5

80 16.7 16.6 82.5

60 16.5 16.1 73

40 15.9 15.8 70

20 15 15.5 70

115 2.33 0.2692

115 2.00 0.2306

Remarque Lit Fluidisé

Lit Fluidisé

115 111 105 85 41 1.67 1.33 1.00 0.67 0.33 0.1924 0.1540 0.1156 0.0770 0.0384 Lit Amplification de Début Fluidisé l'ébullition d'ébullition Lit fixe Lit fixe

Remarques : -

Pour les essais 1 et 2 le lit de graines est en repos. On note un début d’ébullition pour le 3-ème essai. Consolidation de l’ébullition pour l’essai 4. Le lit se fluidise complètement pour les 3 derniers essais. 140 120

ΔP [mm H2O]

100 80 60 40 20 0 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

Vb [L/s] Figure 3 : Δp en fonction de la vélocité superficielle

Commentaires : -

On peut diviser cette courbe en deux régions : o Région croissante qui représente le lit fixe. o Région constante qui représente le lit fluidisé.

- La vélocité superficielle à partir de laquelle il y’a transition du région 1 vers la région 2 est égale à 1.17 L/s. Cette vélocité est dite vélocité superficielle critique.

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2. Expérience 2 Tableau 3 : Ecoulement d'air décroissant (expérience 2)

V_m [L/min] T_12 [°C] T_1 [°C] T_2 [°C] Q [W] h [W/m2.K]

1 140 160 47 19.9 130 479.351

2 120 160 52.4 19.8 120 464.684

3 80 160 60.2 19.9 106 442.5518

4 60 160 68 19.8 92 416.6667

5 40 159 67.5 19.1 60 273.224

6 20 163 83.5 18.6 15 78.61635

Commentaires : Pour une température T12 fixe, la diminution de débit d’air entraîne la diminution de vitesse d’écoulement d’où les particules d’alumine fondu sont compactes, en effet la surface d’échange diminue d’où coefficient d’échange décroit contrairement aux valeurs de vitesse importantes où les particules sont suspendues et par conséquent l’échange thermique est favorisé.

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