Etude expérimentale de l'ébullition d'hydrocarbures sur un faisceau de tubes horizontaux. Influence de la nature du fluide et de l'état de surface

Abstract

L'objectif de ce travail est de contribuer à l'amélioration du dimensionnement thermique des bouilleurs à tubes horizontaux, équipés de tubes lisses ou améliorés. Ce travail s'appuie sur une installation expérimentale représentative des conditions de fonctionnement industrielles et trois hydrocarbures (n-pentane, propane et iso-butane) en ébullition, circulant avec des faibles débits massiques et à des pressions différentes, ont été testés sur des tubes lisses. Une campagne expérimentale avec des tubes améliorés a été réalisée en iso-butane. La mise en place d'une métrologie locale (sonde de taux de vide et mesures de température) a permis de développer des corrélations de prédiction du taux de vide, de la perte de pression par frottement et du coefficient d'échange de chaleur. Une carte des régimes d'écoulements a été développée à partir de l'analyse des signaux de taux de vide obtenus en tubes lisses, et a permis une meilleure compréhension des mécanismes de transfert de chaleur. Une analyse des paramètres prépondérants dans le transfert de chaleur a été réalisée, et dans le cas des tubes améliorés, une amélioration du coefficient d'échange thermique d'un facteur 3 a été mesurée par rapport aux tubes lisses.This work is a contribution to the improvement of the thermal design of horizontal tubes bundle with plain and enhanced tubes. This work is based on an experimental investigation with typical operating conditions of such equipment; three hydrocarbons (n-pentane; propane and iso-butane) with low mass flux and different pressure have been tested in boiling conditions on plain tubes. An experimental investigation using enhanced tubes has been done with iso-butane. The use of local measurements (void fraction and temperature) has lead the development of correlations for prediction of void fraction, friction pressure drop and heat transfer coefficient. A flow regime map has been established from the void fraction signal analysis obtained with plain tubes; it allowed a better understanding of heat transfer mechanisms. The experiments showed distinct improvements of the heat transfer to a factor of 3 with enhanced tubes compared to the smooth tubes.AIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocCACHAN-IUT (940162201) / SudocNANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF