Echange de chaleur dans les cuves agitée

[aite33]

Bonjour, je dois réaliser un petit exposé sur les échanges de chaleur dans les cuves agité et afin de bien comprendre les enjeux de ce procédé et surtout de pouvoir l'expliquer à d'autres personnes, j'aimerais que vous m'aidiez à éclaircir quelques points:
1) Savez comment se déroule l'écoulement dans des doubles enveloppe à demi-serpentins soudés ? Je ne trouve pas beaucoup d'information à ce sujet car le plus souvent je trouve des documents sur la double enveloppe et les serpentins immergé
2) Concernant l'influence de la viscosité des liquides mis en jeux, sommes-nous bien d'accord que son principal impact sera vis à vis des des nombres dimensionnel (Reynolds, Prandtl et Nusselt) ainsi que sur le coefficient global de transfert de chaleur ?
3) Dans quel cas doit-on implanter des chicanes? D'après les documents que je lis, on utilise des chicanes lorsqu'on est en régime turbulent afin d'éviter les vortex qui peuvent diminuer l'efficacité de transfert. Toutefois, en régime turbulent, toutes les corrélations ne font pas forcement intervenir des chicanes?

Merci d'avance
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[RomVi]

Bonjour

1/ L'écoulement se produit comme dans une conduite circulaire. Les mêmes corrélations peuvent être utilisées. En résumé le nombre de reynolds, donc le coefficient d'échange superficiel, augmente avec la vitesse.
2/ oui
3/ Tu parles bien de chicanes dans le serpentin ? A ma connaissance je n'ai jamais vu ça.

[aite33]

3) non plutôt dans la double enveloppe.
Peut-on en utiliser dans le cas d'un serpentin extérieur ?

[RomVi]

Dans une double enveloppe les chicanes ont 2 rôles, elles permettent de mieux répartir le fluide calo-porteur (pour éviter qu'il ne prenne un chemin préférentiel et ne vienne chauffer qu'une portion de la surface), et elles augmentent les turbulence, et du même coup le coefficient d'échange superficiel.
Dans un serpentin on ne place jamais de chicanes, par contre on peut éventuellement mettre des ailettes extérieures, mais uniquement pour un contact avec un gaz, dans un liquide ça ne sert à rien.

[A voir en vidéo sur Futura]

[aite33]

Bonjour, j'ai une ou 2 petites questions.......

si on résume les étapes du transfert thermique en cuve agitée, on peut les classer en 3 catégories:
- transfert entre la paroi externe de la cuve et le fluide caloporteur (convection naturel)
- transfert entre la paroi externe et interne de la cuve (conduction)
- transfert entre la paroi interne et la solution agitée (convection forcée)

Parmi ces 3 modes de transfert, auriez vous une iodée de celui qui serait le plus influent sur le coefficient global de transfert de chaleur ? De mémoire, j'opterai plus pour la convection entre la paroi externe et le fluide caloporteur (convection naturel). Tout dépend du contexte bien sur mais de manière général, lorsqu'on détermine les coefficients de transferts de chaleur partiel, ce coefficient à souvent tendance à être plus élevée que celui entre la paroi interne et la solution agitée. De plus, il arrive des moments où la conduction est négligeable devant la convection. il me semble que cela se produit lorsque la paroi de la cuve à une très faible épaisseur et qu'elle est peu voir pratiquement pas conductrice.

Qu'en pensez vous ?

merci d'avance

[RomVi]

Tout dépend du contexte. Généralement dans un serpentin le liquide circule à grande vitesse, et on a un coefficient d'échange de l'ordre de 1000-2000 W/m²K. Le coefficient à travers la paroi est en principe élevé (si on prend par exemple de l'inox de 5mm on arrive à 25/0.005 = 5000W/m²K. En principe le coefficient d'échange superficiel dans la cuve est nettement plus bas, de l'ordre de 200/600Wm²K, donc c'est lui qui sera le plus significatif (le plus limitant).

Mais bien évidement il s'agit d'un cas typique, mais pas systématique : Si la cuve est chauffée par immersion dans un bain non agité, ou si la cuve est en plastique épais, ou si le contenu est très fortement agité la situation ne sera pas la même.

[aite33]

Dans la littérature, les avis divergent un peu mais auriez vous une idée des situations dans laquelle on peut considérer que la conduction devient négligeable devant la convection ? Par exemple, un ordre de grandeur de l'épaisseur de la cuve à respecter afin que la conduction ne devienne pas négligeable. Éventuellement aussi par rapport à la conductivité de thermique de la cuve ?

[RomVi]

Le coefficient global est l'inverse de la somme des inverses de chaque coefficient = (1/coef superficiel externe + 1 coef paroi + 1/coef superficiel interne)^-1
Le résultat est donc principalement conditionné par le plus petit des coefficient.
Pour calculer celui de la paroi il suffit de diviser la conductivité par l'épaisseur.