I.3.2. Architecture générale de
l'échangeur
L'échangeur a deux aspects complémentaires :
l'aspect global, caractérisé par des mesures aux
entrées-sorties, et celui de l'échange au niveau de la surface
élémentaire, caractérisé par son flux. Ce dernier
est défini à partir des températures de mélange, de
la nature des matériaux et des dimensions géométriques et
mécaniques dont la vitesse.
L'un des fluides circule dans un canal à
géométrie fermée, qu'il s'agisse d'un tube circulaire ou
d'une section rectangulaire parfois très allongée
(échangeur à plaques). L'autre fluide circule à
l'extérieur de ce canal.
Trois géométries d'écoulement peuvent
être réalisées :
- Ecoulements des deux fluides parallèles et de
même sens : l'évolution qualitative des températures est
représentée sur la figure I.9a;
- Ecoulements parallèles mais de sens contraires ou
à contre-courant (figure I.9b);
- Ecoulements perpendiculaires l'un à l'autre : la
figure I.9c. est un peu plus complexe puisque l'un des fluides s'écoule
suivant oe, l'autre suivant r. La figure symbolique d'un radiateur d'automobile
y est donnée. n étant le nombre de plans perpendiculaires
à l'écoulement d'air et contenant des tubes d'eau (1 Y 3 Y 4 sur
le croquis).
Dans le cas des courants croisés on a :
(Añc'vq"· ?T = (Añc'vq",1 ?T
?y« ?z« (I. 13"
· ,1
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Figure I.9. Différents profils qualitatifs de
température dans un échangeur
Les trois écoulements : à concourant, à
contre-courant, à courants croisés sont rarement utilisés
dans toute leur simplicité. Par ailleurs, le concepteur a le choix entre
deux géométries élémentaires principales :
- Les tubes, ce qui fixe l'espace dévolu à l'un
des fluides mais non celui de l'autre fluide : il peut être soit
entièrement enfermé, soit non délimité (cas de
l'air pour le radiateur d'automobile) ;
si T.1 < T.2 : configuration contre courant
si T.1 > T.2 : configuration co-courant
si T.1 < Te2 : les deux configurations sont difficilement
réalisables
- Les plaques planes choisies pour un fluide imposent la
même géométrie pour l'autre.
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Souvent le choix des combinaisons résulte de
contingences technologiques : des risques d'encrassement dans les tubes les
feront préférer rectilignes et parallèles, donc faciles
à ramoner plutôt que spiralés ou en U. Mais ce sont des
propriétés plus fondamentales, intrinsèques, qui serviront
préférentiellement de référence.
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