THERMODYNAMIQUE: échangeur à tampon thermique

[MerlinB]

Bonjour,
Je suis en stage et j'ai besoin d'une validation concernant un calcul de thermo au sujet d'un échangeur eau /eau.
Le scénario se déroule dans un dispositif mis sous le niveau de la mer.
Un débit d'eau est refroidi le long d'un serpentin en contact avec l'eau de mer à travers une paroi métallique. Je souhaite savoir pour une eau à 30°C en entrée du serpentin, quelle sera sa température en sortie du circuit de refroidissement. J'ai mis mes calculs en PJ avec des schémas explicatifs. Je trouve une perte de chaleur de 16,7°C, avec mon manque d'expérience je ne sais pas si ce chiffre est cohérent.
Dans cette étude je néglige la convection car l'écoulement est turbulent. Je ne sais pas si c'est une bonne thèse de départ, j'ai besoin de l'avis de pros ce n'est pas du tout mon domaine!
Merci beaucoup par avance,
Merlin

Pièce jointe supprimée
-----

[JPL]

Les illustrations doivent être postées dans un format graphique (gif, png, jpg). Merci.

[MerlinB]

Voici le schéma et mes calculs:

[RomVi]

Bonjour

Non cette approche est fausse. Il faut impérativement prendre en compte la convection, interne et externe, même si le régime est turbulent. On calcule alors le coefficient d'échange global (en prenant en compte la conductivité du métal) pour calculer la température de sortie. Pour un calcul sur le long terme il faut également ajouter un coefficient d'encrassement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MerlinB]

Merci beaucoup je vais intégrer cela à mon calcul! Si je comprends bien la convection devrait me donner un moins grand deltaT. Pensez-vous que le calcul est bon pour la conduction? J'ai bricolé une approche dont je ne suis vraiment pas sûr.
En tout cas merci beaucoup pour votre aide précieuse et bonne soirée!
Merlin

[RomVi]

Le calcul me semble correct.

Pour une approche grossière tu peux considérer qu'un liquide qui passe dans une conduite a un coefficient d'échange superficiel d'environ 1000W/m²K. Coté externe, en convection naturelle, on a environ 400W/m²K

[MerlinB]

Très bien, merci pour tes réponses rapides, je reviens si j'ai d'autres interrogations. Je suis tenu au secret, mais cela va aider un beau projet à se réaliser!
Très bonne soirée,
Merlin

[MerlinB]

Bonjour,
Je me demande si a convection naturelle dont vous parliez se produit dans l'épaisseur de métal ou dans l'eau de mer.
Cordialement.

[RomVi]

D'une façon générale la convection est le phénomène d'échange thermique entre une surface solide et un fluide (en opposition à la conduction, dans la masse d'un ou plusieurs solides en contact.

Donc pour résumer on a une convection entre le liquide qui passe dans le tube et le métal (convection forcé car le liquide est déplacé par une force motrice), on a ensuite une conduction à travers l'épaisseur du métal, et enfin une convection naturelle entre le métal et l'eau de mer.

On parle de convection naturelle, lorsque le mouvement du liquide est principalement provoqué par la différence de densité entre l'eau froide ambiante, et l'eau qui se réchauffe au contact du tube. Ici ce n'est pas à proprement parler uniquement de la convection naturelle, car l'eau de mer peut se déplacer au grès des courants, des vagues...Mais on prendra un cas majorant pour faire un dimensionnement.

Enfin il est préférable de tenir compte d'un coefficient d'encrassement, car l'eau de mer est susceptible de provoquer un dépôt au fil du temps (voir fouling). Si le liquide qui passe dans le tube est encrassant on ajoutera aussi un coefficient interne.