Étude de l’encrassement particulaire d’échangeurs de chaleur tubulaires par un écoulement gazeux

Résumé :
De nombreux procédés industriels utilisent des échangeurs thermiques. Mais dans la plupart des cas, les fluides utilisés sont chargés en impuretés qui encrassent les surfaces d’échange ce qui implique une réduction des performances thermiques. C’est dans l’optique de la compréhension des mécanismes d’encrassement de ces surfaces d’échange et de la validation d’une nouvelle géométrie d’échangeur que cette étude a été réalisée. Ce document présente l’étude de la collecte de particules sur un tube cylindrique isolé et également sur les efficacités de collecte de tubes à géométries non conventionnelles. Les moyens mis en œuvre sont expérimentaux et numériques. La boucle d’essais génère un écoulement d’air dans une veine rectangulaire (3500 = Re = 5500) dans des conditions isothermes.

Les particules injectées sont des particules de verre dont le diamètre est compris entre 5 µm et 30 µm. Un compteur laser permet de mesurer le nombre de particules collectées par tranche granulométrique. Pour modéliser l’écoulement et le suivi des particules, le logiciel FLUENT est utilisé. Une première campagne de mesures a permis de qualifier la méthode expérimentale vis à vis des résultats théorique et numérique trouvés dans la littérature. Dans les conditions étudiées, le mécanisme d’impaction inertielle semble être prépondérant. Enfin, des mesures comparatives entre des échangeurs cylindriques classiques et des échangeurs à géométries non conventionnelles ont permis de mettre en évidence le faible encrassement (90 % plus faible en masse) induit par cette nouvelle géométrie.