Structure de l'écoulement diphasique gaz-liquide dans les échangeurs à plaques corruguées

Structure of the two-phase gas-liquid flow inside corrugated plate heat exchangers

• Auteur / Autrice : Michel Gradeck
• Direction : Michel Lebouché
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Mécanique des fluides

Interfaces gaz-liquide

Écoulement diphasique

Mots clés libres

Énergie

Échangeur chaleur

Échangeur plaque

Plaque ondulée

Écoulement parallèle, horizontal, vertical

Étude expérimentale

Distribution vitese

Régime transitoire

Résumé

Cette étude a été menée au LEMTA dans le cadre d'une action de recherche concertée CEA-CENG-GRETH-ECOTECH sur les échangeurs de chaleur à plaques. L’état des connaissances sur la thermo hydraulique et l'hydrodynamique des écoulements monophasiques (liquides newtoniens et complexes) permet maintenant de bien appréhender les problèmes lies au dimensionnement de ces échangeurs. Pourtant maintenant largement employés dans des utilisations diphasiques, ces échangeurs n'ont pas fait l'objet d'études et de recherches approfondies à l'exception des échangeurs à plaques munis d'ailettes. Outre l'établissement de cartes d'écoulement, les objectifs de ce travail expérimental sont d'expliquer les différents mécanismes de frottement pariétal et donc d'échange lorsque le mélange diphasique s'enrichit en gaz et subit des changements de régime (transition). Pour ce faire, les deux principales techniques de mesure mises en oeuvre sont la mesure du gradient pariétal de vitesse par technique électrochimique (technique polarographique) et la mesure du taux de vide (sonde optique). Deux configurations, un écoulement co-courant horizontal et un écoulement co-courant vertical ascendant, ont été étudiées avec deux géométries différentes (plaques à cannelures droites et plaques à chevrons croises).

This study has been supported by the LEMTA and the associate lahoratories CEA-CENG GRETh in a national rescarch program on plate beat exchangers. Both the thermohydraulic and the hydrodynamic proper to the flow of newtonian or complex fluids arc now well known and the design of such exchangcrs does not set any difficult problem anymore. Although this kind of ex changer is widely used in two-phase systems, all the published works on this topic only involves plate fin exchangers. The main objectives or this work are firstly to establish a flow pattern map, secondly lo explain the friction mechanism (transfer mechanism) when the gas flux increases and when transition between two patterns occurs. The measurement of the local wall shear stress is made by electrochemical method call polarography and those of the local void fraction by an optical probe. The horizontal co-current gas-liquid flow has been first investigated using two kind of geometry (a bidimensionnal and a tridimensionnal) then the vertical upward one.