Fiche 5 de révision Echanges thermiques

Connaissances préalables :
Echangeur de chaleur ( cours ) + exercices
flux thermique, loi de Fourier

Indications : - cas de parois superposées : R th = S i ( R th i )

- cas de parois juxtaposées : K = S i Ki en posant Ki = k i S i = 1 / R th i

EXERCICE 1 : ( 2 parties A et B ). 













Pour cela, on le fait passer dans le tube central d' un échangeur à contre courant de 1 m de longueur, 
de 2 cm de diamètre et de faible épaisseur.
Le régime stationnaire est établi.L' eau de refroidissement circulant autour du tube ( dans la section annulaire ) 
entre à la température Tf e = 16 °C avec un débit de 0,3 kg / min.

Données :Capacité thermique massique moyenne de l' air à pression constante : cp = 1087 J.kg - 1.K - 1

Capacité thermique massique moyenne de l' eau à pression constante : c p = 4 180 J.kg- 1.K - 1

1) Calculer le flux thermique F échangé à travers la paroi.

2) Calculer la température de sortie T f s de l' eau.

3) a) Calculer la surface d' échange S du tube central.

b) Calculer la différence moyenne logarithmique des températures DT m,l

c) Calculer le coefficient d' échange global k.

B) On souhaite maintenant refroidir à pression constante ( en sortie du compresseur ) un débit d' air de 0,01 kg.s - 1 de 816 °C à 18 °C dans un échangeur à faisceau tubulaire. L' eau utilisée pour le refroidissement arrive à 12 °C et ressort à 80 °C .

1) On se place dans le cas du contre - courant, calculer :

- la surface S de l' échangeur. ( On calculera au préalable la différence de température moyenne logarithmique, le flux thermique F échangé à travers la paroi ).

- le nombre N de tubes de l' échangeur.

2) Calculer le débit massique de l' eau de refroidissement.

Données : air : c p = 1087 J.kg- 1.K - 1

eau : c p = 4 180 J.kg - 1.K - 1

Echangeur : Dimensions des tubes : L = 1 m ; rayon R = 2 cm.

Coefficient global d' échange : 9,5 W.m- 2.K - 2

 

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