Dimensionnement echangeur tubulaire

[Didipol]

Bonjour,

J'aurais voulu vérfier/comprendre le dimensionnement d'un echangeur du type tubulaire à contre courant.
Le but est de refroidir des fumées issues d'un incinérateur.

Les fumées circulent à l'intérieur des tubes , rentrent à une température de 1000°C et doivent resortir à 185°C maximum sous un débit de 1,351kg/s.
Pour cela on dispose d'un système de refroidissement ( corps de l'echangeur ) constitué d'eau , un débit de 13,8kg/s pour 80°C entrée et 100°C en sortie.


La puissance évacué est donc Phi = 13.8*4185*(100-80)=1155060W soit environs 1,16MW ( cela correspond bien au dimensionnement ).

N'ayant pas la valeur de la chaleur spécifique des fumées issus de l'incinération , je voudrais vérifier cette valeur :
Cpfumé = Phi/(Qm*DeltaT) ==> Cpfumé = 1155060/(1.351*815) =1049 J·kg-1·K-1.

Cette valeur me parais suréaliste ( trop élevé ) , penser vous que c'est une valeur de chaleur spécifique possible ? ( il de l'incinération de consommables ou vêtements contaminées comme des sur-gants,sur-bottes, des huiles.... )

Merci pour votre aide,
Bonne journée : )

Cdt,
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[invite2313209787891133]

Bonjour

Cette valeur me semble tout fait réaliste au contraire.

[Didipol]

Bonjour,
Merci pour votre réponse.
C'est bizarre j'aurais tendance à penser qu'il faille plus d'énergie pour faire augmenter d'1°C de l'eau qu'un gaz.
Si cela vous parait cohérent tant mieux : )

Ensuite , pour un diamètre défini, savez vous comment calculer la longueur de tube dont j'aurais besoin pour "absorber" cette quantité de chaleur?

Je vous remercie pour votre aide.
Cdt,

[invite2313209787891133]

Si tu regardes par exemple le Cp d el'air tu trouve environ 1000J/kg, donc ta valeur n'est pas choquante.
D'ailleurs je vais te confier un petit secret : Presque tous les composés ont le même Cp en dehors de quelques exceptions : environ 27 à 30 joules par mole ou volume molaire pour un gaz.

En ce qui concerne le diamètre et la longueur du tube ça se complique un peu, il faut passer par des corrélations spécifiques en fonction de la géométrie de l'échangeur.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Didipol]

Bonsoir,

Merci beaucoup pour vos explications.

Pour le dimensionnement , sachant que le diamètre et le nombre de tube est déjà imposé , la démarche n'est-elle pas plus simple?
Merci par avance.

Cdt,

[invite2313209787891133]

Pour répondre un peu plus en détails:
Il faut commencer par déterminer le nombre de Reynolds et celui de Prandtl.
Pour ton exemple tu peux alors utiliser cette corrélation pour calculer le Nusselt : Nu = 0.023 Re^0.8 Pr^0.4 pour un nombre de Reynolds < 10^4
Pour un Re >10^4 tu peux utiliser Nu = 0.023 Re^0.8 Pr^0.33

[Didipol]

Bonjour,
Su je comprends bien , ce que vous m'indiquez est a méthode du DTLM ?
Le but est d'estimer le Nu pour ensuite en déduire le coefficient d’échange par convection pour l'eau et les fumées ( heau et hfumée ), est-ce bien cela?

Le problème est que pour le nombre de Prandtl je ne connais pas µ (la viscosité dynamique) et λ (la conductivité thermique) du coté eau et fumée....y a t-il un moyen d'estimer ces valeurs?

Merci encore pour votre aide : )
Cdt,

[Didipol]

Bonjour,

Pour compéter ma réponse précédente : j'imagine que les fumées sont composées en grande majorité d'azote N2 ,peut-on prendre les caractéristiques de ce gaz pour avoir une approximation de µ (la viscosité dynamique) et λ (la conductivité thermique) des fumées ?

Je vous remercie par avance pour votre aide,
Cdt,

[invite2313209787891133]

Bonjour

On peut en effet utiliser les caractéristiques de l'air en lieu et place de celles des fumées.
Sinon j'ai retrouvé un document dans mes docs qui pourrait t'aider, si tu me donnes ton adresse mail en message privé je te le ferait parvenir.

Petite remarque : On peut estimer le coefficient d'échange coté eau avec la même approche, mais en pratique ce coefficient est plus grand de 1 à 2 ordres de grandeur, donc bien souvent on se contente de prendre le coefficient coté fumées comme coefficient global, avec une marge de sécurité de 20% sur le résultat.

[Didipol]

Bonsoir,

Merci beaucoup pour vos explications , je vais donc partir sur les caractéristiques de l'air pour calculer le Nu.
Je vous envoie mon adresse mail en mp.
Merci encore pour votre aide.
Cdt,