Zeotropic mixtures study in plate heat exchangers and ORC systems

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Ainsi, vous trouverez ici un article corédigé par le GRETh portant sur l’étude des phénomènes diphasiques de mélanges zéotropes, en évaporation et condensation, au sein d’échangeurs à plaques brasées :

« Zeotropic mixtures study in plate heat exchangers and ORC systems »

Résumé :

Sur la base de la littérature scientifique connue, il n'existe pas de corrélations permettant de prédire les coefficients de transfert thermique diphasique de fluides purs et de mélanges zéotropes de type Hydrofluoroéthers (HFE) utilisés dans des échangeurs à plaques.

Ces travaux ont permis de développer des corrélations d'évaporation et de condensation pour ces fluides particuliers (purs et mélanges). Ces corrélations, basées notamment sur des nombres adimensionnels et les propriétés critiques des fluides de travail, ont donné des résultats prometteurs. Ainsi, les valeurs des coefficients de transfert thermique diphasiques (évaporation) sont prédites avec une incertitude de l’ordre de 15% au niveau de la source chaude et de 50% (condensation) au niveau de la source froide, ce qui a conduit respectivement à une prédiction de l’ordre de 4% et de 6% pour la puissance thermique globale échangée, une fois ces corrélations de coefficients de transfert thermique intégrées à des modèles prédictifs globaux d’échangeurs de chaleur.

Le comportement des sources de chaleur du cycle organique de Rankine et des fluides de travail utilisés a également été étudié. Dans ce but, l'influence de la variation des débits des sources de chaleur sur les performances des échangeurs chauds et froids a été analysée. Les résultats obtenus ont montré un comportement et une variation similaire des performances des échangeurs de chaleur à la fois lors de l'utilisation de fluides purs et de mélanges zéotropes.

Au sein de la littérature, il est bien souvent supposé que les mélanges zéotropes, utilisés en tant que fluide de travail dans des ORC, permettent d’accroître de manière significative les performances de ce type de système thermodynamique du fait d’un transfert de chaleur accru avec la source chaude. Néanmoins, la grande majorité de ces études sont numériques et ne prennent pas en compte les interactions et les effets de système existant au sein du cycle thermodynamique lors de l'utilisation d'un mélange zéotrope en lieu et place d'un fluide pur.

Au sein de la littérature, il est bien souvent supposé que les mélanges zéotropes, Ce travail a ainsi également permis de mettre en évidence cette complexité et de mieux comprendre l'utilisation des fluides zéotropes.