Etude numérique de la convection forcée turbulente dans un échangeur de chaleur a faisceau et calandre muni des chicanes transversales

Abstract

Ce travail présent une investigation numérique du comportement dynamique et thermique d’un écoulement turbulent de fluide dans un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire et calandre muni des chicanes type aile. Les équations de conservation de masse, de quantité de mouvement et d'énergie sont résolues par la méthode des volumes finis basée sur l'algorithme SIMPLE pour le couplage vitesse-pression. Pour décrire le phénomène de turbulence, le modèle k-ε réalisable est utilisé. L’analyse est effectuée pour différents débits massiques. Les paramètres étudiés sont les suivants : la température de sortie du fluide, le coefficient d’échange thermique moyen par convection, la chute de pression, la quantité de chaleur échangée et l’effet de la forme géométrique de la chicane sur le comportement thermo-énergétique de l’écoulement. Selon les débits massiques utilisés : 0.5 kg/s, 1 kg/s, 2 kg/s, les performances de l’échangeur de chaleur varient comme suit : la vitesse de l’écoulement dans la calandre augmente de 6 %, 10% et de 12% respectivement, le coefficient d’échange par convection augmente de 30.56 % et 50.76%, la perte de charge augmente d'environ de 70.82 % et 90.85 %, la quantité de chaleur transférée augmente de 44.25 % et 64.55 %, Le facteur de performance globale diminue de 11.95 % à 11.1 %, les grands débits améliorent le transfert de chaleur et augmentent la chute de pression.