Irréversibilité d'un échange thermique

[invite7574ded9]

Bonjour à tous.

Je me pose une petite question au sujet de l’irréversibilité des transferts de chaleur. Il est évident que tout transfert thermique nécessite une différence de température entre les deux corps, donc un corps plus chaud qui va donner de l’énergie au corps plus froid jusqu'à l'équilibre, l'inverse n'étant pas possible.
Autre constat: plus la différence de température entre les sources sont élevées, plus le transfert est destructeur d'éxergie (donc source d’irréversibilité)


La question est : pourquoi cela est il pénalisant d'avoir une grande différence de température dans des échangeurs de chaleur?

Le flux convectif est dépendant du coefficient d'échange, de la surface d'échange et de la différence de température. Donc en théorie plus le delta T est grand, plus le flux de chaleur sera important. N'est il pas ce que l'on cherche dans un échangeur?

Je cherche des explications plus concrètes que "c'est à cause des irréversibilités" En fait je cherche plus à comprendre l'impact des irreversibilités dans un transfert thermique pur. Où sont les pertes?

Pour les irrréversibilités par frottement, c'est plus simple à comprendre (travail de frottement qui dissipe de l'énergie => pertes) mais pour les transferts thermiques purs (donc sans travail) c'est un peu plus flou pour moi.

Merci d'avance pour vos réponses!
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[albanxiii]

Bonjour,

Je cherche des explications plus concrètes que "c'est à cause des irréversibilités"

Vous allez être déçu. J'allais vous proposer de calculer la production d'entropie en fonction de la différence de température.

@+

[invitea3eb043e]

Faudrait définir le mot "pénalisant". Un exemple intéressant à regarder serait un échangeur thermique à flux croisés où on cherche à récupérer la chaleur d'une pièce chaude quand on renouvelle l'air avec de l'air froid. Si on ne croise pas les flux, l'air chaud vicié disons 30°C va être en contact avec de l'air froid, disons à 10°C ; ça va très bien échanger mais ensuite ça risque de se renverser (fais un schéma). Si on croise les flux, l'air vicié à 30°C sera en contact avec de l'air frais à un peu de moins de 30°C et toute la surface de l'échangeur servira. C'est une forme de pénalisation.

[invite7574ded9]

A mon avis là ou l'explication est difficile est que dans un échangeur il n'y a pas de travail puisque ce ne sont que des échanges de chaleur. On ne peut donc pas définir d'échangeur isentropique () . Certes, un échange sera de meilleurs qualité si on diminue le Delta T. Mais dans un échangeur, on ne cherche pas plutôt la quantité?

Je m’intéresse aux échangeurs des cycles thermodynamiques classiques.

Le problème est que je ne vois pas le lien entre "pertes" et augmentation de l'entropie dans un échange de chaleur. Voyons un exemple:

Je réalise une évaporation dans les même conditions pour deux fluides. On part de l'état 1 , T=80°C; P=15 bars (sous refroidit). On ressort de l'échangeur à 250°C , toujours à 15 bars, vapeur surchauffée.

Fluide 1 : eau pure : variation d'enthalpie = 2587 kJ/kg , variation d'entropie : 5.64 kJ/kg/K
Fluide 2 : mélange eau éthanol variation d'enthalpie = 1870 kJ/kg , variation d'entropie : 4.23 kJ/kg/K

Le fluide 2 est un mélange, la température d'ébullition varie donc avec la température, ce qui permet de suivre le refroidissement de la source chaude un peu mieux que l'eau, donc logique du point de vue du 2e principe que la variation d'entropie est plus faible.

Par contre, on voit que la variation d'enthalpie est nettement inférieure, donc mon échangeur aura une puissance spécifique plus faible. Voyez vous où je veux en venir ? Quel sera l'impact d'un échange de moins bonne qualité si la quantité est plus importante ?

Merci d'avance

[A voir en vidéo sur Futura]