Lamiae
Sommaire: Optimisation des échangeurs de chaleur a triple tube concentrique
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
1. INTRODUCTION
2. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
3. CORRELATIONS DE CALCUL
3.1 Evaluation du coefficient global d’échange de chaleur
3.2 Estimation des coefficients d’échange par convection hi et he
3.3 Coefficient d’échange de chaleur surfacique pour des tubes et anneaux
3.4 Pertes de charge
CHAPITRE II : METHODES ET TECHNIQUES D’OPTIMISATION
1. INTRODUCTION
2. DEFINITIONS ET TERMINOLOGIE
2.1 Terminologie
2.1.1 Variables de conception
2.1.2 Contraintes
2.1.3 Fonction objective
2.1.4 Format standard pour l’optimisation d’un problème multi-objectifs
2.2 Espace faisable
2.3 Solution idéale
2.4 Point inférieur et point dominant
2.5 Région inférieure, région non-inférieure et région de dominance d’un point
2.6 Front de Pareto
2.7 Solutions optimales au sens de Pareto « la dominance »
3. TECHNIQUES DE RESOLUTION D’UN PROBLEME MULTIOBJECTIFS
3.1 Introduction
3.2 Méthode de pondération
3.3 Méthode de distance
4. CONCEPTS DE BASE D’OPTIMISATION MONO-OBJECTIF
4.1 Introduction
4.1.1 Forme standard du PNL
4.1.2 Comportement d’une fonction objective au voisinage d’un optimum
4.1.3 Gradient d’une fonction
4.1.4 Conditions nécessaires et suffisantes
4.1.5 Critères de convergence
4.2 Méthodes d’optimisation mono-objectif
4.2.1 Classification des méthodes d’optimisation
4.2.2 Algorithmes d’optimisation dans le cas de mono-objectif
5. METHODES D’OPTIMISATION SANS CONTRAINTES
5.1 Introduction
5.2 Méthodes du gradient
5.2.1 Méthode de la plus grande pente
5.2.2 Méthodes de directions conjuguées
5.3 Méthode de Fletcher-Reeves
5.4 Méthodes de Newton et de quasi-Newton
5.4.1 Méthodes de Newton
5.4.2 Méthodes quasi-newtoniennes
5.4.3 Algorithme de BFGS
6. METHODES DE LA RECHERCHE MULTIDIMENSIONNELLE EN PRESENCE DE CONTRAINTES
6.1 Introduction
6.2 Programmation linéaire successive (PLS)
6.3 Programmation Quadratique Successive (SQP)
6.3.1 Introduction
6.3.2 Algorithme
CHAPITRE III : ETUDE DE PERFORMANCE ET DE CONCEPTION
INTRODUCTION
1. DETERMINATION DU CHAMP DE TEMPERATURE ET CALCUL DE L’EFFICACITE
1.1 Formulation mathématique
1.1.1 Bilan massique
1.1.2 Bilan énergétique
1.1.3. Ecoulement à contre-courant
1.1.4 Conditions aux limites
1.1.5 Écoulement co-courant
1.1.6 Conditions aux limites
1.1.7 Discrétisation des équations
1.1.8 Ecoulement à contre-courant
1.1.9 Ecoulement à co-courant
1.2 ORGANIGRAMME
1.2.1 maillage
1.2.2. Résultats
1.3 VALIDATION
1.3.1 Superpositions
1.3.2 Co-courant
1.3.3 Contre-courant
1.3.4 Comparaison
1.4 INTERPRETATION DES RESULTATS
2. DIMENSIONNEMENT D’ TTEC
2.1 Organigramme
2.2 Choix du pas et de la valeur d’epsilon
2.3 Résultats (méthodique)
CHAPITRE IV : ETUDE PARAMETRIQUE ET OPTIMISATION
INTRODUCTION
1. ETUDE PARAMETRIQUE
1.1. CAS PERFORMANCE
1.1.1 Résultats
1.1.2 Interprétation des résultats
1.2 CAS CONCEPTION
1.2.1 Résultats
1.2.2. Interprétation des résultats
2. OPTIMISATION MULTIOBJECTIVE DE L’ECHANGEUR DE CHALEUR A TRIPLE TUBES CONCENTRIQUE
2.1. Formulation du problème d’optimisation
2.1.1 Fonctions objectives
2.1.2 Choix des variables de conception
2.1.3 Analyse des contraintes
2.1.4 Relation entre les deux rayons
2.1.5 Formulation complète du problème
2.1.6 Choix du point de départ
2.2. Structure des différents programmes de calcul
2.2.1. Calculs de la fonction objective
2.2.2. Optimiseur « Outil mathématique »
2.2.3. Programme principal
2.3. Les étapes relatives à la démarche d’optimisation
2.3.1. Minimisation de la puissance
2.3.2. Maximisation efficacité
2.3.3. Solutions extrêmes
2.3.4. Méthode de la pondération
2.3.5. Front de Pareto
2.4. Critère de distance
2.5. Analyse des résultats et conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE
Extrait du mémoire optimisation des échangeurs de chaleur a triple tube concentrique
Chapitre 1 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
1. INTRODUCTION
L’échangeur de chaleur est un appareil thermique, on peut le trouver dans plusieurs applications spécifiques telles que le chauffage et la climatisation, la production de l’énergie, la récupération de l’énergie, l’industrie agroalimentaire, l’industrie chimique et pharmaceutique, etc.
La conception des échangeurs de chaleur et liée directement à la détermination de la surface d’échange et de sa forme satisfaisant le plus grand transfert thermique. Le plus important dans les échangeurs de chaleur à tubes et calandre est la détermination des nombre de tubes et de passes, pour avoir un transfert thermique satisfaisant.
La question qui se pose est : est-ce qu’on peut prendre en considération la puissance fournie pour assurer la circulation des fluides.
Dans le cas de l’échangeur de chaleur à triple tube concentrique, l’efficacité et la puissance fournie de l’échangeur sont liées fortement au rapport de diamètres.
Dans la première partie de ce travail, on va présenter les principaux travaux relatifs à l’optimisation des différents types d’échangeurs de chaleur.
2. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
L’échangeur de chaleur à triple tube concentrique a été étudié par Zuritz et Unal qui ont développé des équations analytiques donnant les températures des fluides pour un écoulement à contre-courant. Unal a résolu le système d’équations différentielles par la méthode de la transformée de Laplace pour des racines réelles distinctes.
Ahmet Unal a développé un système d’équations différentielles pour un échangeur de chaleur à triple tube concentrique isolée thermiquement de l’ambiance extérieure pour les conditions d’un écoulement développé, en utilisant des paramètres définis tels que : le rapport de capacité calorifique, le nombre d’unité des transfert (NUT), et d’autre grandeurs a dimensionnelles. Les dérivées des équations gouvernantes de cette étude consistent aux équations aux dérivées partielles ordinaires de deuxième ordre pour le tube central et l’écoulement dans le passage annulaire extérieur, et une équation différentielle aux dérivées partielles du première ordre pour l’écoulement dans le passage annulaire intérieur. Les équations obtenues expriment les variations de la température des trois écoulements le long de l’échangeur de chaleur, permettant de performer la conception, le calcul et le contrôle des effets de différents paramètres sur la taille de l’échangeur de chaleur.
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