Étude bibliographique sur les échangeurs compacts

Résumé :
Les échangeurs de chaleur compacts sont des appareils capables d’échanger une grande quantité de chaleur dans un faible volume. En effet, ces échangeurs grâce à leur grande compacité permettent de réduire l’encombrement, le poids et le coût des dispositifs industriels d’échanges thermiques. La compacité est caractérisée par le rapport entre la surface d’échange et l’encombrement, elle s’exprime en m2/m3. Habituellement, un échangeur liquide – gaz est considéré comme compact à partir d’une compacité C ~ 700 m2/m3. Les domaines d’application des échangeurs compacts sont divers : ils sont utilisés essentiellement dans l’automobile, l’aéronautique et en cryogénie pour la liquéfaction des gaz, mais peuvent se trouver dans de nombreuses autres applications industrielles.

Ces échangeurs de géométries très souvent complexes permettent une augmentation de la surface d’échange et une génération de turbulence dans la majorité des cas, ces phénomènes améliorant les échanges thermiques. Il existe pour ces échangeurs compacts des données expérimentales globales et de nombreuses corrélations dans la littérature. Les corrélations sont en générale trop empiriques pour être précises mais permettent de dimensionner facilement un échangeur.

Les données locales et les mesures fines, étant difficiles à mettre en œuvre, sont assez rares bien que présentant un grand intérêt pour la compréhension des phénomènes et pour l’optimisation des géométries. La simulation numérique pourrait alors apporter des éléments supplémentaires à la compréhension de l’écoulement et à l’optimisation des géométries.

L’étude bibliographique sur les échangeurs de chaleur compacts va se décomposer en quatre parties. Tout d’abord, nous donnerons de plus larges explications sur les géométries d’échangeurs de chaleur compacts en s’attardant particulièrement sur les géométries à pas décalé (Offset Strip Fin) et les ailettes persiennes. Ensuite, nous décrirons les phénomènes physiques présents dans ce type de géométrie. Ainsi, nous étudierons particulièrement les décollements et recollements d’écoulements autour de plaques planes épaisses. Puis, nous
référencerons les travaux réalisés fournissant des résultats locaux. Enfin, des résultats d’études globales et des corrélations pour des échangeurs compacts seront présentés.