Influence de l’orientation de l’échangeur

Tube circulaire

La comparaison de 74 points expérimentaux obtenus pour le tube rond aux corrélations de Hausen (1943), de Gnielinski (1976) et de Colburn (1933) est présentée figure 3.1. Ces résultats, obtenus pour un nombre de Reynolds allant de 2 000 à 14 000, montrent une bonne concordance entre les valeurs expérimentales et théoriques. Les résultats sont proches des valeurs obtenues avec la corrélation de Gnielinski (1976) pour des valeurs du nombre de Reynolds inférieures à 10 000. Au-delà, les valeurs expérimentales apparaisent plus proches de celles prédites par la corrélation de Colburn (1933). Meyer et Hallquist (2011) ont mesuré avec précision les coefficients d’échange thermique dans le cas d’un tube et ils ont également obtenus des résultats inférieurs à ceux obtenus avec la corrélation de Gnielinski (1976) pour des nombres de Reynolds élevés.
Par ailleurs, les essais ont été menés pour des valeurs d’intensité et de tension identiques. Or, pour des nombres de Reynolds élevés, l’incertitude augmente, ce qui pourrait expliquer la différence observée.
Ces résultats confirment l’efficacité de la méthode pour une configuration largement étudiée dans la littérature.

Barrette de mini-canaux

Concernant les essais menés sur la barrette de mini-canaux, les résultats sont présentés figure 3.2. Les résultats obtenus en régime laminaire sont présentés figure 3.3.
Les trois modèles d’identification, présentés Section 2.2, fournissent des résultats similaires. Concernant l’allure, il apparaît que les régimes d’écoulement observés sont conformes à la théorie. En particulier, la transition du régime laminaire au régime turbulent apparaît pour une valeur du nombre de Reynolds entre 2 000 et 2 500. Or, une valeur communément admise pour l’apparition de la turbulence est 2 300.
Les valeurs obtenues expérimentalement apparaissent toutefois plus faibles que celles obtenues à partir des corrélations. Ces différences peuvent être liées à la géométrie. En effet, les corrélations ont été établies dans le cas de tubes ronds. Or, les mini-canaux sont de section rectangulaire. De plus, les variations observées pour un nombre de Reynolds élevé soulignent la nécessité d’augmenter le flux de chaleur apporté pour accroître la précision dans le cas de coefficients d’échange thermique élevés. Parmi les autres sources d’erreur envisagées figurent la convection naturelle et le rayonnement au niveau de la paroi extérieure, la conduction longitu-dinale et la conduction par les câbles d’alimentation. Des essais complémentaires permettraient de confirmer ou d’infirmer l’influence de ces divers facteurs sur les résultats obtenus.
Toutefois, la transition entre les régimes laminaire et turbulent observée expérimentalement débute pour un nombre de Reynolds d’environ 2 300. Ce résultat est confirmé par la littérature. Enfin, les courbes théoriques et expérimentales ont la même allure.

Bilan sur les essais préliminaires

Les résultats obtenus dans le cas d’un tube rond sont satisfaisants et permettent de valider la méthode de mesure.
La seconde série de mesures, menée sur une barrette de mini-canaux, montre que la méthode de mesure fournit des valeurs de coefficients d’échange thermique inférieures à celles fournies par les corrélations dans cette configuration. Plusieurs pistes ont été envisagées pour expliquer les différences observées. Des essais complémentaires sont toutefois nécessaires pour identifier la cause de ces différences.
Toutefois, les valeurs relatives de ces coefficients d’échange thermique sont conformes aux valeurs théoriques. La transition du régime laminaire au régime turbulent est ainsi correctement mesurée. Par la suite, les essais ont été menés sur un échangeur complet.
Dans le cadre de l’étude de la distribution du fluide dans un échangeur, il convient de déterminer une grandeur permettant de comparer les distributions obtenues quelles que soient les conditions d’entrée. Les études portant sur la mesure de la distribution des débits de liquide et de vapeur évaluent la distribution dans chaque tube en termes de ratios de débit. Le rapport de débits m˙∗j,i est le rapport du débit de la phase j considérée m˙j,i dans le tube i sur le débit moyen de cette phase ¯˙ , tel que présenté équation (1.5).
De la même façon, pour comparer les distributions des coefficients d’échange thermique obtenus pour diverses conditions d’entrée, les résultats sont présentés sous forme de rapports de coefficients d’échange thermique αi∗ . Ce rapport adimensionnel est le rapport du coefficient d’échange thermique αi au niveau de la barrette i sur la moyenne des coefficients d’échange thermique calculée pour l’ensemble des barrettes α¯.
De cette façon, les transferts de chaleur de chaque barrette le long du distributeur peuvent être comparés, une valeur de 1 correspondant à une distribution homogène.

Fluide monophasique

Quatre orientations ont été expérimentées, présentées figure 3.4. Dans chaque cas, les bar-rettes sont numérotées de 1 à 7, en prenant comme première barrette celle située à proximité du tube d’alimentation. Les résultats obtenus dans le cas d’un écoulement monophasique sont présentés figure 3.5.
Nous pouvons tout d’abord observer qu’une distribution relativement homogène est obtenue. Ainsi, quelle que soit l’orientation, aucune barrette ne présente un ratio de coefficients d’échange thermique supérieur à 150 %.