Caractérisation des régimes transitoires dans les procédés thermiques : application aux échangeurs de chaleur

par Hicham Chafouk

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Génie des procédés

Sous la direction de Farid Bagui et de Moulay Ahmed Abdelghani-Idrissi.

Soutenue en 2005

à Rouen .


  • Résumé

    Notre recherche s'inscrit dans la compréhension et l'amélioration des méthodes de caractérisation des transferts thermiques transitoires dans les échangeurs thermiques. L'application du schéma de MacCormack a permis d'étudier numériquement la réponse transitoire du système à des variations de température et de débit. Un des principaux résultats de nos travaux de recherche est la mise en évidence d'une forte dépendance de la dynamique et de la vitesse des deux fluides. Le rapport de ces constantes de temps varie linéairement en fonction de la vitesse adimensionnelle V*∞ : τ*fs=(αcoV*+ßco)τ*cs. Dans le cas de la configuration co-courant, l'identification des caractéristiques de cette linéarité a montré que les valeurs de αco et ßco sont voisines de αco=2/3 et ßco=1/3. Les expressions analytiques de ces paramètres pour les échangeurs à contre courant ont été proposées. Cette propriété de convexité a permis de proposer les expressions analytiques des constantes de temps pour les échangeurs thermiques à co-courant subissant des variations de débit du fluide circulant dans le tube interne. L'utilisation des expressions des constantes de temps, nous a permis d'écrire le modèle sous la forme d'une représentation d'état et de construire un observateur de Kalman. Cette méthode présente l'avantage de prédire les températures des deux fluides et leurs corrections sans avoir recours à des schémas itératifs.

  • Titre traduit

    Characterization of transient transfer in thermal process : application to heat exchanger


  • Résumé

    Our research concern the comprehension and the improvement of characterization methods of transient heat transfer in heat exchangers. The application of the method of MacCormack allowed the numerical study of transient response of the system for variations in temperature and flow at the input. One of the principal results of our research consists on the determination of a relationship between dynamics and the two fluids velocities. The ratio of these time-constants varies linearly according to final adimensional velocity V*∞ : τ*fs=(αcoV*+ßco)τ*cs. In the case of the configuration Co-current, the identification of the characteristics of this linearly showed that the values of αco and ßco are close to αco=2/3 and ßco=1/3. The analytical expressions of these parameters were proposed in the case of counter current heat exchanger. This property of convexity allows the analytical characterization of time constants for co-current heat exchangers in the case of hot fluid flow variations. Those expressions of time constants were used in the application of Kalman Observer to correct the prediction and correction of temperatures. This method has the advantage of predicting the fluid temperatures and their corrections without using any iterative methods.

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  • Détails : 1 vol. (130 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 120-130. [64] réf.

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  • Cote : 05/ROUE/S042

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  • Cote : 2005ROUES042
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