Transfert de chaleur et pertes de charge dans des tubes à structures améliorées – Revue synthétique des dernières corrélations

L’objectif de ce rapport est de répertorier et d'apporter un regard critique sur les méthodes de calcul de coefficient d'échange thermique et de coefficient de frottement dans le cadre d’utilisation de tube à structure améliorée dans des écoulements monophasiques et diphasiques (évaporation et condensation).

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 2020.

Dans ce rapport, nous nous sommes focalisés sur les technologies de tubes qui sont les plus étudiées et à même d’être utilisées dans le domaine de l’industrie. Dans ce cadre, les technologies étudiées dans le présent rapport concernent :

• les tubes ovales torsadés,
• les tubes équipés d’ailettes hautes et basses,
• les tubes à micro-ailettes et revêtements poreux,
• Les tubes aplatis alternativement.

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 et de coefficient de frottement 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 :

• Une géométrie applicable et viable sur le domaine industriel,
• 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 applicables aux mêmes conditions et géométries améliorées afin de juger de la qualité des résultats obtenus avec des méthodes plus anciennes ;
• Dans la mesure du possible, des comparaisons avec les corrélations de références en tubes lisses, dans des conditions de fonctionnement similaires, et ceci afin de juger de la qualité des intensifications apportées par lesdites structuration de surface étudiées.

Ainsi, les résultats présents dans ce rapport, sous forme de graphique d’évolution du coefficient de transfert et du coefficient de frottement en fonction du nombre de Reynolds, 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.

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

Ce document est mis à disposition de façon exclusive aux adhérents du GRETh.