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Transfert thermiques à une interface liquide/vapeur



  1. #1
    susanne31

    Transfert thermiques à une interface liquide/vapeur

    Bonjour à tous,

    J'ai un souci pour des transferts thermiques à une interface entre de la vapeur d'eau et de l'eau liquide. Je me trouve dans un réservoir fermé contenant de l'eau liquide à 40°C, et je remplis le ciel de mon réservoir (la partie au dessus de l'eau) de vapeur d'eau à 100°C. Cette vapeur d'eau est à pression saturante, elle est donc sur le point/en train de se condenser.

    J'aimerais connaître le flux de chaleur qui traverse ma surface. J'ai donc pensé à utiliser la formule suivante :

    Flux = h*S*(Tvap-Tliq)
    où :
    h : coefficient de transfert thermique global
    S : pi*(1m)^2/4 surface d'échange de mon interface
    Tvap : 100°C la température de ma vapeur
    Tliq : 40°C la température de mon eau liquide.

    Le problème c'est que je ne sais pas estimer la valeur de h. Je sais que h est un coefficient global qui regroupe deux transferts convectifs : un dans l'eau avec un coeff hliq et un dans la vapeur avec un coeff hvap. Mon coefficient global sera tel que 1/h = 1/hliq+1/hvap

    Pour hvap, comme ma vapeur se condense, il semblerait que je doive utiliser des valeurs de h que j'ai pu trouver sur internet de "coefficient de transfert de la vapeur en condensation" qui sont apparemement de l'ordre de 50 000 à 100 000 W/K.m2.

    ça me parait énorme, mais pourquoi pas.

    En revanche pour le transfert du côté de l'eau, je ne sais pas si je dois utiliser des coefficients de convection libre de l'ordre de 100 à 900 W/K.m2 ou des coefficients de transferts d'eau bouillante de l'ordre de 2500 à 25 000 W/k.m2 !

    Bien entendu, ce choix change énormément les résultats que je trouve...

    Est-il possible que je fasse bouillir mon eau en surface en même temps que je condense ma vapeur ? ça ne parait pas impossible si j'atteint 100°C et 1bar à l'interface...

    Comment puis-je déterminer si ma surface s'évapore ou non ?

    Je vous remercie pour votre aide éventuelle,
    Susanne

    -----


  2. #2
    susanne31

    Re : Transfert thermiques à une interface liquide/vapeur

    Je n'ai pas trouvé de réponse à cette question, mais j'ai changé d'approche, donc je vous explique ici ce que j'ai fait pour si jamais ça peut servir à quelqu'un !

    En fait comme mon interface est horizontale comme ça :

    vapeur
    -------
    eau liquide

    Ben je trouve assez injustifié d'utiliser des transferts convectifs libres dans la partie eau liquide, puisque la convection libre vient du fait que l'eau chaude va être plus légère que l'eau froide et remonter. Sauf que là en l'occurence, puisque mon gaz est plus chaud que mon liquide, l'eau la plus chaude se trouve déjà à l'interface.

    J'ai donc fait le choix de laisser tomber les transferts convectifs dans l'eau, je n'ai gardé que ceux dans l'air et j'ai pris pour l'eau des transferts conductifs !

    Ce qui avait l'avantage de régler mon problème de choix du coefficient de transfert convectif, petit bonus

  3. #3
    LPFR

    Re : Transfert thermiques à une interface liquide/vapeur

    Bonjour.
    Ce n’est pas mon domaine.
    Mais je relève que vous semblez avoir de l’air et de la vapeur et non de la vapeur uniquement.
    Si c’est la cas, sa complique la situation. Car la couche d’air près de la surface « s’appauvrit » en vapeur qui se condense. Mais si cette couche n’est pas remplacée par un nouveau mélange air vapeur, pas de nouvelle vapeur ne se condensera.
    Comme vous l’avez bien dit, il n’y a pas de convection dans l’eau ni dans le gaz. Car la couche en contact avec l’eau est plus froide que le reste.
    Donc, vous serez réduite à attendre que la vapeur diffuse (et/ou se condense) à travers la couche froide en contact avec l’eau.
    Vous avez intérêt que la vapeur entrante agite le gaz au dessus de l’eau pour bien le re-melanger.
    Au revoir.

  4. #4
    obi76

    Re : Transfert thermiques à une interface liquide/vapeur

    Bonjour,

    en général, dans ce genre de problème, trouver le coefficient de transfert convectif revient à estimer le nombre de Nusselt. Dans le cas d'une goutte très petite, de tête il vaut 2. Sinon il faut trouver des corrélations qui permettront de le retrouver (typiquement en l'estimant sous la forme a.Reb.Prc, avec Re le nombre de Reynolds et Pr le nombre de Prandtl, a, b et c sont les coefficients de la corrélation à utiliser (et il y en a beaucoup...).
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

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