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Etude de l'influence de la température du fluide sur la performance d'un échangeur de chaleur de la raffinerie d'Alger

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par Nadjet Fadel
Université des sciences et de la technologie Houari Boumédiene à  Alger - Ingénieur d'état option: génie chimique 2010
  

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CHAPITRE II

GENERALITES SUR LES ECHANGEURS

II.1. Généralités sur le transfert de chaleur

Le transfert de chaleur est l'un des modes les plus connu d'échange d'énergie. Il intervient naturellement entre deux systèmes de températures différentes et cela quel que soit le milieu, même vide, qui les sépare. De ce fait, les transferts thermiques ont, aussi bien dans le domaine des sciences pures que dans celui des applications technologiques, un rôle souvent essentiel. Ce rôle devient même déterminant lorsqu'il est à l'origine des techniques utilisées (échangeurs, moteurs thermiques, calorifugeage, utilisation de l'énergie solaire,...) [6].

II.2. Différents modes de transferts de chaleur

Le transfert de chaleur peut être défini comme la transmission de l'énergie d'une région a une autre sous l'influence d'une différence de température, il est régi par une combinaison de loi physique [6].

Il existe trois modes de transfert de chaleur : la conduction, la convection et le rayonnement

Bien que les trois processus puissent avoir lieu simultanément, l'un des mécanismes est généralement prépondérant. [7]

La conduction : C'est le transfert de chaleur au sein d'un milieu opaque, sans déplacement de matière, sous l'influence d'une différence de température. La propagation de la chaleur par conduction à l'intérieur d'un corps s'effectue selon deux mécanismes distincts : une transmission par les vibrations des atomes ou molécules et une transmission par les électrons libres.[8]

La théorie de la conduction repose sur l'hypothèse de Fourier : le flux est proportionnel au gradient de température :

(I)= - k A dT/dx (II.1)

Cette équation est donnée dans le cas ou k est une constante.

Avec: (I): flux de chaleur exprimée en (kcal/h).

A: Aire de la section perpendiculaire au flux de chaleur, exprimée en (m2).

K: Conductivité thermique du solide exprimée en (kcal/h.m.°C).

dT/dx : Gradient de température dans la section d'aire A exprimée en (°C/m).

La convection: Les phénomènes de convection interviennent dans la transmission de la chaleur chaque fois qu'un fluide se déplace par rapport à des éléments fixes, lorsque se produit au sein du fluide des courants dus simplement aux différences de densité résultant des gradients de température, on dit que la convection est naturelle ou libre par contre, si le mouvement du fluide est provoque par une pompe ou un ventilateur, le processus est appelé convection forcée.[ 8]

Le flux de chaleur transféré par convection entre une paroi et un fluide est donné par :

'b=h.A (Tp-Tf) (II.2)

Avec: h : Coefficient d'échange de chaleur par convection exprimée en (kcal/h.m2.°C).
A : Aire de la surface d'échange de chaleur exprimée en (m2).

(Tp-Tf ): la différence de température de la paroi et du fluide respectivement (°C).

Rayonnement : C'est le mécanisme par lequel la chaleur se transmet d'un milieu à haute température vers un autre à basse température lorsque ces milieux sont séparés dans l'espace, ce mode de Transfert ne nécessite pas de support matériel et peut donc s'effectuer dans le vide, en générale les sources de rayonnement sont des solides et le rayonnement se fait par la surface. [8]

En conséquence, l'énergie émise par rayonnement d'une surface A est donnée par l'équation de Stefan-Boltzmann :

'bR=7r.e.c.T4 .A (II.3)

Avec: 'bR: Énergie rayonnée exprimée en (Watt).

e: Pouvoir émissif de la surface.

a : Constante de Stefan-Boltzmann qui est égale à 5,67.10-12W/cm2.K4.

T : Température exprimée en (°K).

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