Étude hydraulique et thermique d’un échangeur de chaleur à plaques à structure multi-échelles

Résumé :

Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, l’expérimentation ainsi que l’optimisation de réseaux fluides multi-échelles. Ces réseaux permettent de gérer des débits importants tout en gagnant en compacité ainsi qu’en intensifiant les transferts de masse et d’énergie par l’augmentation de la surface active. La structure interne du réseau multi- échelles étudié est optimisée en diminuant les pertes de charges par la mise en parallèles des micro/minicanaux. Des prototypes en aluminium et en PMMA ont été fabriqués au sein du LTEN par gravure grâce à une commande numérique. Les prototypes ont été testés afin d’évaluer le comportement du fluide à l’intérieur ainsi que ses performances thermiques, par simulations numériques (CFD) et par des dispositifs expérimentaux (PIV, Caméra Rapide, Thermocouples). A été testé l’influence de la géométrie du distributeur/collecteur sur la distribution du fluide, puis, du fait de la perte de compacité, a été choisi l’insertion de plaques perforées optimisées dans les différents distributeurs du réseau. L’uniformisation de la distribution permet d’augmenter les performances thermiques d’environ 10 %. Suite à ces résultats une conception d’échangeur de chaleur à plaques a été réalisée, par simulations numériques (CFD) et par la mise en place d’un banc d’essais. Les performances ont été testées sous différentes conditions.