Etude des transferts thermiques lors de la circulation dans un échangeur d'un fluide frigoporteur à changement de phase solide-liquide

par Christophe Peuvrel

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Pierre Dumas.

Soutenue en 2003

à Pau .


  • Résumé

    L'utilisation d'un circuit frigoporteur intermédiaire dans les systèmes à refroidissement indirect peut constituer une solution pour réduire les volumes des fluides frigorigènes classiques et ainsi contribuer à la préservation de l'environnement. Dans ce contexte une nouvelle génération de fluide a été développée : les fluides frigoporteurs à changement de phase, nommé " Coulis de glace ", qui sont constitués d'un mélange de cristaux de glace dans une solution aqueuse. Ces réfrigérants secondaires offrent des avantages intéressants pour le transport d'énergie et l'amélioration des transferts dans des échangeurs de chaleur, en particulier grâce à la chaleur latente de fusion de la glace. Les coefficients d'échange thermique ainsi que les coefficients de perte de charge d'un coulis de glace issu d'un mélange eau-éthanol (10 % en masse) ont été étudiés dans ifférents échangeurs de chaleur coaxiaux. Les mesures sont effectuées pour des taux massiques de glace variant entre 0% et 25% et pour des vitesses comprises entre 0,3 et 1,85 m. S-1. Pour certaines vitesses, les résultats montrent qu'une augmentation du taux de glace peut changer la nature de l'écoulement dans l'échangeur et influencer l'évolution des pertes de charge et des coefficients d'échange. Dans une dernière partie, nous présentons une étude exergétique d'un mélange diphasique, qui permet de déterminer un critère hermodynamique pour le choix du fluide frigoporteur et du couple concentrationtempérature à utiliser dans le cas d'une application frigorifique particulière.

  • Titre traduit

    Heat transfer study of a phase changing secondary refrigerant flowing in a heat exchanger.


  • Résumé

    The use of an intermediate secondary refrigerant circuit in indirect cooling process can represent a solution to reduce natural refrigerant volumes and so to contribute to protect environment. In this context, a new generation of secondary fluid has been developed : a phase changing secondary refrigerant, named " Ice slurry ", which is represented by a pumpable mixture of a water solution and fine ice crystals. These thermal fluids offer attractive oportunities for thermal energy transportation and the heat transfer nhancement of heat exchangers notably thanks to latent heat of fusion. The heat transfer and friction characteristics of a 10% (wt/wt) ethanol/water ice slurry has been studied in different double pipe heat exchangers. Measurements were obtained for ice mass fractions ranging from 0% to 25% and velocities between 0,3 and 1,85 m. S-1. For some velocities, the results show that an increase in ice fractions causes a change in the slurry flow structure, influencing the evolution of the pressure drops and the heat transfer coefficients. In the last part of this work, we present an exergetic study of the two-phase mixture, which enables to determine a thermodynamic parameter to choose secondary refrigerant and the couple temperatureconcentration to use for a specific cooling process.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (218 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.197-205

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