Numerical and experimental analysis of heat and mass transfer in a 2D channel flow - Application to heat exchangers' 3D complex configurations
Expérimentation et modélisation des transferts de chaleur et de masse dans un canal bidimensionnel – Application aux géométries complexes des échangeurs de chaleur
Résumé
This study deals with moist air condensation occuring in a vertical two-dimensionnal channel. An application to the computation of the thermal performances of plate finned-tube heat exchangers is also presented. A bibliographic study presents the fundamental phenomena involved and the methods used to design heat exchangers. It also shows that CFD codes are needed to deal with : - coupled heat and mass transfer in the presence of non-condensable gas, - conjugate heat transfer on the tubes and the fins of heat exchangers. An experimental study of humid air condensation in a two-dimensionnal channel is presented. Accurate experimental results are obtained on the real working range of industrial heat exchangers. Overall heat transfer rates (total, sensible and latent) are measured and local heat flux densities on the walls are determined. These data allow us to validate numerical models and to improve the fundamental understanding of the phenomena involved in moist air condensation. Two new numerical models of vapour condensation in the presence of non-condensable gas are proposed. They are restricted to the laminar forced convection. Numerical data are compared to our experimental data. Finally, thermal performances of heat exchangers working with humid air condensation are also presented.
Les travaux concernent la condensation d'air humide dans un canal bidimensionnel vertical. L'application directe de cette étude est la prédiction des performances thermiques des batteries de tubes à ailettes planes continues fonctionnant en régime de condensation. Une étude expérimentale de la condensation d'air humide dans un canal bidimensionnel est menée. Une base de données précises sur le domaine pratique d'utilisation des batteries industrielles est ainsi constituée. Elle permet la qualification de modèles numériques et aide à la compréhension des phénomènes aux niveaux global (puissance thermique totale, sensible et latente) et local (densité de flux pariétal). Des modélisations de la condensation de vapeurs en présence d'incondensables en convection forcée laminaire sont ensuite proposées. Intégrés dans des codes de calcul numérique, ces modèles numériques sont qualifiés à l'aide de nos résultats expérimentaux entre plaques planes.