Echangeurs de chaleur à faisceaux de tubes. Étude des performances énergétiques et exergétiques des écoulements internes en tubes de différentes formes

National audienceLes performances du transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur à faisceaux de tubes dépendent de la nature de l'écoulement qui prend place à l'intérieur de ces tubes. L'optimisation des conditions d'écoulement, essentiellement le nombre de Reynolds une fois le fluide fixé, doit porter à la fois sur le transfert de chaleur et sur la perte de charge. Ces deux éléments ne peuvent être correctement pris en compte que par l'intermédiaire de l'étude de la création d'entropie totale ou de la destruction d'exergie. Le transfert de chaleur et la perte de charge évoluent en écoulement turbulent en sens inverses avec le nombre de Reynolds ce qui permet, moyennant quelques hypothèses sur les profils de température et de vitesse et en utilisant des corrélations pour le nombre Nusselt et pour le coefficient de frottement , de trouver une valeur optimale de Re qui correspond au meilleur compromis. Nous développons dans ce travail les calculs analytiques pour le cas laminaire, qui lui présente la particularité d'avoir un nombre de Nusselt constant indépendant de Re. Nous nous intéressons dans une deuxième partie à l'utilisation de la CFD qui devrait permettre de trouver cet optimum sans avoir à utiliser d'approximation sur les profils ou de corrélations. Nous développons ici les équations qui permettent de post-traiter les résultats des profils de CFD pour en déduire les valeurs des entropies totales créées