Chapitre II
Le transfert de chaleur en écoulement
diphasique à l'intérieur d'un tube
vertical
chauffé uniformément
2.1. Le transfert de chaleur dans un tube chauffant
à flux imposé :
La figure (2.1) illustre le cas d'un écoulement
bouillant dans une conduite vertical dont la paroi est chauffé de
manière uniforme, l'eau entre en sous saturation à
l'extrémité inferieur de tube chauffant et sort totalement
évaporée, nous analysons les différents régimes de
transfert thermique associés aux différentes régions
d'écoulement.
Figure 2.1 : différents régimes
de transfert thermique associés aux différentes
régions
d'écoulement (1995, [26]).
On distingue six régimes différentiés par
leurs modes de transfert thermique.
L'évolution des températures de la paroi et de
fluide en fonction de la cote Z pour les trois premiers régimes depuis
la région d'écoulement simple phase liquide jusqu'à celle
d'écoulement à bouchons .
Pour ne pas sortir du cadre de notre étude, On se
limitera à la description des trois premiers régimes de transfert
thermique (I, II et III) où une attention particulière est
accordée à l'ébullition nucléée
sous-saturée.
Figure 2.2 : Evolution de la température
moyenne de fluide et de la paroi
dans les trois premiers régimes (1981, [4]).
2.1. 1 Convection forcée monophasique liquide :
La première région s'étale de
l'entrée du canal jusqu'à la section de la cote (ZONB) où
apparaissent à la paroi les premières bulles de vapeur car la
température de la paroi est proche de celle de la saturation (fig 2.2).
Le transfert de chaleur se fait en convection forcée entre la paroi et
le liquide. Pour ce mode, Il existe des relations régissant les
évolutions de la température et de flux thermique en fonction de
nombre
de Nusselt (Nu), nombre de Reynolds (Re) et le nombre
de Prandtl (Pr), ces relations donnent des résultats acceptables et
proches des résultats expérimentaux.
Le flux échangé dans cette région est
donné par :
? = hLO ÄTL (2.1)
Où ÄTL est la différence de température
entre la température de la paroi interne du tube et la
température moyenne du fluide à la cote z depuis l'entrée
du tube.
Et hLO est le coefficient d'échange simple
phase en convection forcée qui est calculé en fonction du nombre
de Nusselt :
NU ~L
hLO = (2.2)
~
Pour un écoulement laminaire, Nu est donné par la
corrélation de Rohsenow et Choi (1995,
[21]):
Nu = hLoD = 4
kL
(2.3)
En régime turbulent, plusieurs corrélations ont
été proposées, chacune possède un domaine de
validité.
La plus célèbre est celle donnée par la
corrélation de Dittus-Boelter [12]:
~
~.~
hLoD
Nu = = 0.023 (GD ~~~ ì
ì~ ) k 1L ~ (2.4)
~~
Incopera & De Witt (1934, [13]) :
~
O.~ O,4
Nu = 0.027 (GD (CP ì
ì~ ) k i 3 (ìL
ì~th (2.5)
Ces corrélations sont valables pour un écoulement
ascendant dont le rapport z/D > 50, Re >10000 et 0,7 = Pr = 160.
Gnielinski (1983, [11]):
ECV2 11Re-10001Pr
El El El (2.6)
1+12EIVCV2Vr2 / 3 -1) LIDDL
Avec : DOD 1 IIIIMEIMEE10 (2.7)
4
Et YDL est un paramètre tenant compte de la longueur
chauffée donné par :
YDL El [DM (D)2 /31 (2.8)
Cette corrélation est valable dans les domaines suivants
:
z/D =1, 2300 < Re <106 et 0,6 = Pr = 2000.
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