Experimental study of the transient behaviour of the refrigerators : cases of the plate heat exchangers and the shell-and-tubes heat exchangers

L'objectif de ce travail de thèse est la caractérisatiorn du comportement dymamique de machines frigorifiques lors des différentes phases transitoires intervenant durant leur utilisation. Une étude expérimentale a été réalisée sur deux machines : la première d'une puissance utile de 60 kW est dotée d'échangeurs à tubes et calandre ; la seconde, ayant une puissance utile de 10 kW, est équipée d'échangeurs àplaques à chevrons. Les deux installations utilisent le réfrigérant R-407C. L'étude du groupe froid de puissance moyenne équipé d'échangeurs à tubes et calandre a souligné la sensibilité du comportement transitoire à la durée de l'arrêt avant le démarrage et à la valeur de la consigne de surchauffe imposée au détendeur thermostatique. De plus, il est apparu que la réponse transitoire à une sollicitation quelconque (démarrage, variation de puissance ou variation de débit de réfrigérant) entraîne un comportement transitoire plus marqué et perturbé dans la zone à basse pression. Enfin, concernant l'emploi du réfrigérant R-407C, un changement de composition significatif a été mesuré lors des phases de démarrage et d'arrêt de la machine. L'étude du groupe froid de petite puissance, dotée d'échangeurs à plaques, a d'abord été axée sur le comportement général de l'instauration. Puis l'étude locale de l'évaporateur a été menée grâce à une instrumentation fine des canaux. Le comportement de ce groupe froid diffère fortement du premier étudié. Les instabilités de surchauffe apparaissent entre deux valeurs de débit, et un effet prépondérant de la distribution du fluide diphasique dans l'évaporateur influence le comportement transitoire. En outre, la mesure du coefficient d'échange local en évaporation indique que les corrélations usuelles sous estiment fortement les échanges thermiques, notamment dans la zone de post assèchement, à cause d'un effet de primage de liquide important.The purpose of this work is to evaluate the transient behaviour of refrgerators during various operating transients. A experimental stydy is realized on two different machines : the first one is a 60 kW liquid chiller with shell-and-tubes heat exchangers. The second one is a 10 kW liquid chiller with plate heat exchangers. Both of the machines work with refrigerant R-407C. The study of chiller equipped with shell-and -tubes exchangers points out that the transcients are sensitive to the shut down period and to the static superheat of the themostatic expansion valve. Moreover the transcients due to any variations (start-up, power change, mass flow rate change) lead to a disturbed and violent transients in the lower pressure side. Finally, concerning the use of the refrigerant R407C, a important composition glide is observed during start-up and shutdown transcients. The study of the lower power chiller deals with the global behaviour in the first time. Then the plate evaporator is locally studied by measuring the wall temperature, the water temperature and the refrigerant temperature. The behaviour of this chiller is rather different than the first one. Superheat instabilities appear for a range of refrigerant mass flow rate of 195 kg/h to 205 kg/h. Moreover the fiow distribution at the inlet of the evaporator should influence the transient. Finally, the measured beat transfer coefficient of the refrigerant points out that usual correlations underestimate strongly the heat transfer in the post-dryout zone. This result is explained by the liquid droplets in the vapour core, which increase the heat transfer