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Etude détaillée du transfert de chaleur lors de l'ébullition sous-saturée en utilisant le modèle mécaniste de Yeoh

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par Mohand MAAGA
Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou, Algérie - Master II en génie mécanique option énergétique 2010
  

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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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