Ecoulement du film de condensat ruisselant sur la surface extérieure des tubes lisses et à ailettes intégrales : étude théorique et expérimentale

Condensate liquid film flowing at the external surface of smooth and integral fin tubes : theoretical and experimental analysis

• Auteur / Autrice : Ion Daniel Homescu
• Direction : Prabodh Panday
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Turbulence

Transfert de masse

Résumé

Ce travail présente une analyse théorique et expérimentale du comportement d'un film de condensat ruisselant à la surface extérieure des tubes lisses et à ailettes. Deux objectifs sont poursuivis : d'une part étudier l'influence de la turbulence dans les phases liquide et vapeur par calcul numérique car à l'état actuel de la technique, il est difficile d'accéder aux phénomènes locaux par des moyens classiques ; d'autre part vérifier les hypothèses avancées dans la littérature sur l'angle de noyage et le rayon de courbure pour la condensation sur un tube à ailettes intégrales. Dans l'analyse théorique on étudie la condensation de vapeur pure sur un cylindre horizontal pour un écoulement descendant de vapeur. Cette analyse est effectuée en tenant compte de la turbulence dans les phases liquide et vapeur en résolvant les équations couplées des couches limites sans négliger les termes d'inertie, de gradient de pression et de convection d'enthalpie. Plusieurs modèles de fermeture de longueur de mélange sont appliqués dans les deux phases. Dans l'analyse expérimentale des essais sont effectués pour étudier les caractéristiques géométriques d'un film de condensat sur un tube à ailettes trapézoi͏̈dales. Deux méthodes optiques sont utilisées, la première utilisant le photochromisme et la deuxième basée sur la fluorescence induite par laser. Le dispositif expérimental permet de coupler des mesures des caractéristiques thermiques moyennes lors de la condensation, avec des visualisations de l'écoulement à l'aide des colorants et de tomographie laser. Des résultats quantitatifs sont obtenus par un traitement approprié de l'image.

This work presents a theoretical and experimental analysis of the behaviour of a condensate liquid film flowing at the external surface of smooth and integral fin tubes. Two goals are pursued : on the one hand to study the influence of turbulence in liquid and vapour phases by numerical calculation because in the current state of the technique it is difficult to reach th local phenomena by traditional means ; on the other hand to check the assumptions advanced in the litterature on the flooding angle and the radius of curvature for condensation on integral finned tube. In the theoretical analysis one studies the condensation of pure vapour on a horizontal tube for a downward vapour flow. This analysis is carried out by taking account of turbulence in liquid and vapour phases and by solving the coupled equations of the boundary layers without neglecting the terms of inertia, pressure gradient and enthalpy convection. Several mixing length turbulence models are applied in both liquid and vapour phases. In the experimental analysis tests are carried out to study the geometrical characteristics of the condensate film flowing on a trapezoidal finned tube. Two optical methods are used, the first using the photochromism and the second based on the laser induced fluorescence. The experimental device makes possible the coupling of the average thermal characteristics measurement during condensation, with visualisations of the flow using dyes and laser tomography techniques. Quantitative results are obtained by a suitable image treatment.