Introduction
1. Le coefficient de transfert thermique par convection dans QuickField,
noté α
Les coefficients de transferts thermiques par convection sont complexes à calculer
car ceux-ci dépendent à la fois de la mécanique des fluides et de la thermodynamique.
Cependant, les variations restent importantes selon le média et les conditions
d'utilisations. Pour un avant-projet, le tableau suivant permet de pré-dimensionner
un concept :
Conditions |
Minimum (W/K.m²) |
Maximum (W/K.m²) |
air - libre |
2 |
25 |
air - forcé |
25 |
250 |
air - jet/gicleur |
200 |
800 |
|
|
|
fluorocarbone - libre |
10 |
100 |
fluorocarbone - forcé |
50 |
300 |
fluorocarbone - jet/gicleur |
2 000 |
20 000 |
|
|
|
eau - libre |
50 |
1 000 |
eau - ébullition en film |
100 |
300 |
eau - forcé - dans tubes |
300 |
8 000 |
eau - ébullition nucléée |
2 000 |
45 000 |
eau - jet/gicleur |
8 000 |
50 000 |
eau - ébullition - chgt de phase |
3 000 |
100 000 |
eau - condensation en gouttelettes |
30 000 |
140 000 |
|
|
|
huile - libre |
50 |
350 |
huile - dans tubes - forcé |
300 |
1 700 |
|
|
|
métal fondu - dans tubes |
50 |
350 |
composés organiques - condensation |
500 |
2 300 |
-
Dans la définition d'un design, il est préférable de prendre une marge
confortable, donc pessimiste dans le choix de ce coefficient. Par exemple le tableau ci-dessous
donne les valeurs du coefficient de transfert thermique par convection d'un bobinot selon
sa forme géométrique. Pour un avant-projet, il serait souhaitable de prendre ici α = 10 W/K.m²
Coefficient de transfert thermique par convection |
Condition géométrique |
25 W/K.m² |
h/D < 1 |
20 W/K.m² |
h/D = 1 |
16 W/K.m² |
h/D > 1 |
2. Géométrie d'un bobinot
|
-
Dans le cas d'un changement de phase, ou bien d'un fluide
à une température bien déterminée (source infinie ), il est possible d'utiliser
les coefficients de transfert thermique ci-dessous à condition de donner [1]
dans la relation de convection Fn = α • (T - T0),
à T0 la valeur
Ts - (Ts - Tm,i) × e-(π • Dint • L • hm) / (ρm • Cp)
( π • Dint étant le périmètre de la surface d'échange (ici un cylindre), L sa longeur). Pour plus d'information voir :
Echange thermique par écoulement interne à température constante
[1] Heat and Mass Transfer, Chapitre - Internal Flow, F.P. Incropera - D. P. De Witt, Editeur Wiley.
-
Nous sommes dans le cas d'échanges thermiques entre deux fluides
Echangeur (chauffage) sans changement de phase |
Fluide chaud |
Fluide froid |
hm (W/K.m²) |
Vapeur |
Air |
60 - 120 |
Vapeur |
Eau |
1 500 - 4 500 |
Vapeur |
Méthanol, ammoniaque |
1 000 - 3 500 |
Vapeur |
Méthanol |
1 000 - 3 500 |
Vapeur |
Solutions aqueuses |
500 - 3 500 |
Vapeur |
Hydrocarbures légers |
600 - 1 200 |
Vapeur |
Hydrocarbures moyens |
300 - 600 |
Vapeur |
Hydrocarbures lourds |
35 - 350 |
Vapeur |
Gaz |
30 - 300 |
Vapeur |
Gaz |
30 - 300 |
Echangeur (évaporateur) |
Fluide chaud |
Fluide froid |
hm (W/K.m²) |
Vapeur |
Eau |
2 000 - 4 000 |
Vapeur |
Solvants organiques |
600 - 1 200 |
Vapeur |
Huiles légères |
450 - 1 000 |
Vapeur |
Huiles lourdes |
150 - 400 |
Eau |
Réfrigérant |
400 - 800 |
Solvants organiques |
Réfrigérant |
150 - 600 |
Echangeur (refroidissement) sans changement de phase |
Fluide chaud |
Fluide froid |
hm (W/K.m²) |
Eau |
Eau |
850 - 1 700 |
Eau |
Solvants organiques |
600 - 1 200 |
Eau |
Solvants organiques |
600 - 1 200 |
Eau |
Gaz |
20 - 300 |
Eau |
Hydrocarbures légers |
350 - 900 |
Eau |
Hydrocarbures lourds |
600 - 3 000 |
Hydrocarbures légers |
Solvants organiques |
100 - 700 |
Solvants organiques |
Solvants organiques |
120 - 400 |
Hydrocarbures lourds |
Hydrocarbures lourds |
50 - 300 |
Echangeur (Condenseurs) |
Fluide chaud |
Fluide froid |
hm (W/K.m²) |
Eau |
Vapeur sous pression |
2 000 - 4 000 |
Eau |
Vapeur |
1 700 - 3 500 |
Eau |
Solvants organiques |
60 - 700 |
Eau |
Hydrocarbures |
60 - 200 |
|