Transferts convectifs en évaporation et en condensation des nouveaux fluides frigorigènes – Revue synthétique des dernières corrélations

L’objectif de ce rapport est de répertorier et d'apporter un regard critique sur les nouvelles méthodes de calcul (corrélations) de coefficient d'échange thermique dans le cadre d'écoulement diphasique (évaporation et condensation) des nouveaux fluides frigorigènes.

Ce document est mis à disposition de façon exclusive aux adhérents du GRETh qui ont formulé la demande d’un rapport sur le présent sujet lors de l’Assemblée Générale de 2018.

Dans ce rapport, nous nous sommes focalisés sur les fluides qui sont les plus étudiés et à même d’être utilisés dans le plus grand nombre d’installations. Dans ce cadre, les fluides frigorigènes étudiés dans le présent rapport font partie de la famille dites des HFO (Hydrofluoro-Olefines) ou des HC (Hydrocarbures). Ces derniers appartenant également à la famille des fluides frigorigènes dits naturels qui incluent également l’eau (R718), le CO2 (R744) et l’ammoniac NH3 (R717), inclus dans ce rapport.

De manière générale, le présent rapport permet ainsi de fournir, après un tri important dans les bases de données de publications scientifiques, des méthodes de calculs de coefficients d’échange thermique sous forme de corrélations ce qui en permet une utilisation simplifiée.

Les publications sélectionnées sont celles que nous avons jugées les plus pertinentes sur les critères principaux suivants :

• un large domaine de validité que ce soit en termes de fluides testés (incluant bien souvent les fluides frigorigènes usuels et les « nouveaux » fluides frigorigènes) ;
• de larges plages de conditions de fonctionnement et de géométries.

En termes de contenu, au-delà de l’écriture des corrélations et de leurs descriptions (construction et domaine de validité) et de l’analyse unique de la publication, points qui sont bien évidemment inclus dans ce rapport, nous nous sommes attachés à faire des comparaisons des corrélations sélectionnées avec des corrélations connues et reconnues. Ainsi, les résultats présents dans ce rapport, sous forme de graphique d’évolution du coefficient de transfert en fonction du titre massique de vapeur, sont donc le fruit du codage et du calcul des nouvelles corrélations (ainsi que des corrélations usuelles) dans des cas précis mentionnées en légende des figures et dans le corps du texte.

Enfin, d’un point de vue géométrique/technologique, nous avons également essayé d’apporter des réponses pour la majeure partie des technologies d’échangeurs utilisées en évaporateur et condenseur de groupe de production de froid. Ainsi, nous avons focalisé sur la sélection de corrélations utilisables pour les technologies suivantes :

• canaux circulaires lisses conventionnels ;
• canaux circulaires rainurés conventionnels ;
• mini et micro canaux ;
• échangeurs à plaques corruguées (excepté les échangeurs à plaques et ailettes).

Nous espérons que ce rapport vous apportera des éléments concrets intégrables dans vos codes de dimensionnement échangeurs et/ou de simulation de systèmes complets.