Caractérisation thermo-hydraulique d’un échangeur de chaleur muni de rubans torsadés perforés.

Abstract

L'amélioration du transfert thermique est essentielle pour accroître l'efficacité énergétique et réduire les coûts d'exploitation des systèmes thermiques. Cette étude est motivée par la nécessité de développer des échangeurs de chaleur compacts et rentables grâce à l'utilisation de techniques d'amélioration passive. Les inserts en ruban torsadé ont notamment suscité un intérêt considérable en raison de leur capacité à intensifier le mélange des fluides et à perturber les couches limites thermiques. L'objectif de cette étude est d'étudier numériquement les performances thermiques et hydrauliques d'un tuyau circulaire équipé de trois types d'inserts : ruban torsadé simple (RT), ruban torsadé perforé circulaire (RTPC) et ruban torsadé perforé hexagonal (RTPH). À l'aide d'ANSYS Fluent et de la méthode des volumes finis, des simulations ont été réalisées sous un flux thermique constant pour des nombres de Reynolds compris entre 5 000 et 20 000. Les résultats montrent que toutes les configurations de ruban torsadé améliorent considérablement le transfert de chaleur par rapport à un tube lisse, avec des augmentations du nombre de Nusselt pouvant atteindre 62,37 % pour le RT, 65,85 % pour le RTPC et 76,27 % pour le RTPH. Ces améliorations s'accompagnent d'une augmentation des coefficients de frottement de 150,68 %, 154,31 % et 176,05 %, respectivement. Le critère d'évaluation des performances (PEC) le plus élevé, soit 1,25, a été atteint par le RTPC, ce qui indique son équilibre thermohydraulique optimal. Les résultats de cette étude sont pertinents pour la conception et l'optimisation des échangeurs de chaleur dans diverses applications industrielles, notamment les systèmes solaires thermiques, le traitement chimique et les systèmes CVC.