Thème du mémoire pour l’obtention de diplôme de Master en Physique Énergétique et Matériaux
Étude thermo-énergétique d’un échangeur de chaleur à plaques et joints : Application aux fluides géothermiques.
Résumé
Nomenclature
Introduction générale ……………………………………………………….…1
CHAPITRE I: Types et classifications des échangeurs de chaleur
Introduction………………………………………………………………….....5
I.1 Type des échangeurs de chaleur…………………………………………...5
I.1.1 Les échangeurs tubulaires……..............................................................5
I.1.1.1 Échangeur monotube ………………………………………….......5
I.1.1.2 Échangeur coaxial………………………………………………..…6
I.1.2 Échangeur multitubulaire………………………………………………6
I.1.2.1 Échangeur à tubes séparés…………………………………………6
I.1.2.2 Échangeur à tubes rapprochés ………………………………...…7
I.1.2.3 Échangeur à tubes ailettes…………………………………………7
I.1.3 Echangeur à tube et calendre………………………………………...10
I.1.3.1 Echangeur de chaleur à tête flottante………………………...…10
I.1.3.2 Echangeur à plaque tubulaires fixes ...………………………….11
I.1.3.3 Echangeur à tubes en U ……………………………………….…11
I.1.4 Echangeur à plaque ............................................................................12
I.1.4.1 Échangeurs à surface primaire………………………….……….12
I.1.4.2 Échangeurs à plaques et joints……………………………..…….12
I.1.4.3 Échangeurs à plaques soudées ou brasé……………………...…13
I.1.4.3.1 Échangeur platulaire ……………………………………….13
I.1.4.3.2 Échangeur Compabloc…………………………………...…14
I.1.4.3.3 Échangeur Packinox……………………………………..….15
I.1.4.3.4 Échangeur lamellaire……………………………………….15
I.1.4.3.5 Échangeur à spirale………………………………………...16
I.1.4.3.6 Échangeur brasé…………………………………………....17
I.1.5 Échangeurs avec un fluide changeant de phase…………………..…...18
I.1.5.1 Évaporateurs tubulaires……………………………………….....18
I.1.5.1.1 Évaporateurs à l’intérieur de tubes………………..……...18
a) Évaporations à tubes verticaux……………………………………..…18
b) Évaporateurs à tubes horizontaux................................................…...20
I.1.5.1.2 Évaporation à l’extérieur de tubes…………………………20
I.1.5.2 Condenseurs tubulaires…………………………………………..21
I.2 Classification des échangeurs……………………………………………..22
I.2.1 Classement technologique……………………………………………..22
I.2.2 Classement suivant le mode de transfert de chaleur………………...23
I.2.3 Classement suivant le procédé de transfert de chaleur………….…..23
I.2.4 Classement fonctionnel…………………………………………….…..23
I.2.5 Classement suivant la nature du matériau de la paroi d’échange.....24
Conclusion………………………………………………………………….….24
CHAPITRE II: Description de l’échangeur de chaleur à plaques et joints
II.1 Introduction……………………………………………………………....26
II.2 Technologie des plaques………………………………………………….26
II.2.1 Plaque à canal large………………………………………………….26
II.2.2 Plaque à double paroi………………………………………………..27
II.2.3 Plaque semi-soudée…………………………………………………..27
II.2.4 Profil d’écoulement……………………………………………….….28
II.2.5 Auto centrage des plaques………………………………………..….29
II.2.6 Joint sans colle……………………………………………………….29
II.3 Optimisation de l’échange de chaleur…………………………………..30
II.4 Principe de fonctionnement……………………………………………..30
II.4.1 Circulation latérale à travers les plaques………………………….31
II.4.2 Circulation diagonale à travers les plaques………………………..31
II.4.3 Nettoyage de l’échangeur……………………………………………32
II.4.3.1 Nettoyage mécanique…………………………………………....32
II.4.3.2 Nettoyage chimique…………………………………………...…32
II.4.4 Remplacement d’un joint ou d’une plaque…………………………32
II.4.4.1 Remplacement d’un joint………………………………………..32
II.4.4.2 Remplacement d’une plaque………………………………...….33
II.4.4.3 Installation de nouvelles plaques………………………………..33
II.4.4.4 Stockage des pièces de rechanges…………………………….…33
a) Plaques……………………………………………………………….....33
b) Joints…………………………………………………………………….33
c) Colle................................................................................….............33
II.4.4.5 installation des plaques.........................................................…...34
II.4.4.6 Serrage manuel du paquet des plaques………………………...34
II.4.4.7 Le test hydraulique……………………………………………....35
II.5 Conclusion……………………………………………………………...…35
CHAPITRE III: Modélisation d’un échangeur de chaleur à plaques et
joints
III.1 Introduction…………………………………………………………...…37
III.2 Le modèle Thermo-hydraulique………………………………………..37
III.3 Conception optimale des échangeurs de chaleur à plaque…………...40
III.3.1 Conception optimale avec spécification de la chute de pression…40
III.3.2 La conception optimale sans spécification de la chute de
pression………………………………………………………………………...43
III.4 Conclusion……………………………………………………………….46
CHAPITRE IV: Résultats et interprétations
IV.1 Introduction……………………………………………………………...48
IV.2 Méthode de dimensionnement……………………………………….....48
IV.2.1 Méthode avec fixation de la chute de pression…………………..48
IV.2.1.1 Simulation 1 : influence de la température………………….50
IV.2.1.2 Interprétation de la simulation_1 (influence de la
température)…………………………………………………………………..55
IV.2.1.3 Simulation 2 : influence du débit……………..……………….56
IV.2.1.4 Interprétation de la simulation_2 (influence du débit du fluide
froid)…………………………………………………………………………...57
IV.2.2 Méthode avec sans fixation de la chute de pression…………..…57
Interprétation de la deuxième méthode……………………………………...59
IV.3 Calcul de l’efficacité thermique de cet échangeur…………………….59
Conclusion générale et les perspectives…………………………………...…62
Références
ANNEXE 1: La géothermie
ANNEXE 2: Méthodes de calcul des échangeurs de chaleur
