Performances d’évaporateurs à tubes coaxiaux, de types lisses ou corrugués : Etude expérimentale et modélisation

= Heat Transfer performance of double-pipe evaporator with smooth and corrugated tubes : Experimental Study and Modeling

• Auteur / Autrice : Daouda Coulibaly
• Direction : Monique Lallemand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Enegrétiue
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre de Thermique de l'INSA de Lyon (Lyon, INSA1982-1995)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Lallemand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perte de charge

Écoulement diphasique

Transfert de chaleur

Résumé

Les performances d'un échangeur de chaleur peuvent être augmentées par action sur les fluides ou par le choix d'une surface améliorée. Deux évaporateurs à tubes lisses et un évaporateur à tubes corrugués ont été testés afin de comparer leurs performances. Ce sont des échangeurs multitubulaires coaxiaux, constitués de neuf tubes lisses (longueur 7 m) ou corrugués (longueur 5 rn) placés à l'intérieur d'un tube enveloppe. L'eau circule à l'extérieur du faisceau de tubes à contre-courant avec le fluide frigorigène R22 qui circule à l'intérieur des tubes. Dans la gamme de débits d'eau de 2 à 5 m3/h, les trois évaporateurs ont donné des puissances identiques (10 à 16 kW) pour une même température d'entrée d'eau (7 à 15°C). Un des évaporateurs à tubes lisses, muni de centreurs, a permis de montrer que la répartition des tubes, en pas carré, a peu d'influence sur les échanges. Par contre, l'amélioration due aux tubes corrugués est notable car leur surface d'échange représente 76% de celle des tubes lisses. Cette amélioration des transferts thermiques s'accompagne de pertes de pression plus importantes, mais inférieures à la limite admissible de 0,5 bar sur l'eau pour les conditions nominales de fonctionnement. Les pertes de pression sur le R22 sont en moyenne de 0,2 bar à l'intérieur des tubes lisses et 0,35 bar pour les tubes corrugués. Un modèle, établi à partir des résultats expérimentaux et des corrélations de la littérature, permet le dimensionnement d'évaporateurs multitubulaires coaxiaux à tubes lisses ou corrugués où les surfaces d'échange minimales sont calculées en faisant varier le nombre d. E tubes pour des conditions de fonctionnement données.

Heat transfer performance can be improved by increasing fluids velocity or by using enhanced surface. Two evaporators, both with smooth tubes and a corrugated tube evaporator are tested in order to compare their performances. They are double-pipe beat exchangers with 9 smooth tubes (length = 7m) or corrugated tubes (length = 5 m). The refrigerant is R22 inside the tubes and the coolant is water in counterflow outside the tubes bundle. A same capacity ( 10 to 16 kW) was measured on the three evaporators in the range of water flow rate from 2 to 3 m3Jh at constant inlet temperature (7 to 15°C). As one of the smooth tube evaporators has devices outside tubes to ensure a constant pitch along the tubes bundle, the tube distribution, in square pitch, is not an important parameter to take account in our study. Otherwise, the enhancement is more significant for corrugated tubes, as the heat transfer surface is reduced to 76% the surface of smooth tubes. However, this enhancement of heat transfer increases pressure drop, but Jess than the 0,5 bar admissible limit on water in nominal conditions. The mean pressure drop on R22 is 0,2 bar inside the smooth tubes and 0,35 bar inside the corrugated tubes. By using our experimental data and correlations from literature, a mode! has been established for designing double-pipe heat exchangers with smooth or corrugated tubes allows to calculate the minimum heat transfer surface by varying the number of tubes for imposed operating conditions.