Modélisation et optimisation des échangeurs de chaleur à ailettes indépendantes

Abstract

Ce travail a porté sur la modélisation et l'optimisation d'un échangeur de chaleur à ailettes indépendantes circulaires. Pour cela, nous avons proposé un échangeur de chaleur de tubes à ailettes annulaire excentriques. Notre attention a été concentrée sur l'effet de la position du tube dans l'ailette circulaire sur les caractéristiques thermiques et dynamiques d'un échangeur à un seul tube ailetté et d'un faisceau de quatre rangées de tubes arrangés en quinconce ou en ligne. Des calcules numériques ont été effectuées en utilisant le code Fluent 6.2 pour déterminer la meilleure excentricité des tubes ailettés. Afin de vérifier la fiabilité, l'exactitude et la réalité physique de l'idée proposée, une étude expérimentale a été menée au sien du laboratoire LPEA (université de Batna) pour valider les résultats numériques de points de vue thermique et dynamique. Les résultats des investigations des effets des paramètres géométriques à savoir, le décalage du tube, le pas d'ailettes, le diamètre des tubes, l'arrangement des tubes, le rang du tube et le nombre de Reynolds sur les performances des échangeurs étudiés sont également illustrés et discutés. Les résultats obtenus montrent que les performances thermique et dynamique des échangeurs à ailettes excentriques, pour les deux arrangements étudiés, sont plus élevées que celles des échangeurs à ailettes concentriques. The aim of this work was to model and optimize the annular finned tube heat exchangers with circular fins. The experimental and 3-D computational fluid dynamics were used to compare between the heat transfer characteristics and pressure drops of eccentric and concentric annular-finned tube heat exchangers. After the determination of the optimum tube position in the circular fin that gives the highest thermal and hydraulic performances, experiments were performed to examine the effect of the tube arrangements, the Reynolds number for the two fin kinds. A satisfactory qualitative and quantitative agreement was obtained between the numerical and experimental results. For both inline and staggered tube banks, the heat transfer coefficient of the eccentric annularfinned tube is greater than that of the concentric tube. This gain is associated with reduction in pressure drop.