Barrette de mini-canaux

Ce travail porte sur le développement d’une méthode permettant d’améliorer la distribu- tion dans un évaporateur à mini-canaux. L’objet de cette étude est un échangeur de géométrie classique, comportant un nombre important de barrettes de mini-canaux, un distributeur et un collecteur.Il a donc été nécessaire de définir, dans un premier temps, une méthode permettant de qualifier l’efficacité de la distribution. Les méthodes classiques d’estimation de la distribution, présentées dans le chapitre précédent, ne permettent pas de répondre à nos besoins. Ces méthodes sont adaptées à des échangeurs disposant d’un faible nombre de barrettes et, dans certains cas, ne comprenant pas de collecteur.

Or, une contrainte supplémentaire liée à notre domaine d’étude est l’utilisation d’un fluide à l’état diphasique. Quel que soit le fluide utilisé, un apport de chaleur trop important risquerait de modifier les propriétés du fluide. L’approche adoptée est donc la mesure de la température de la paroi soumise à une excitation modulée. Le coefficient d’échange thermique est déduit, non plus de la différence de température entre le fluide et la paroi, mais de l’amplitude des oscillations de la température en paroi.Etant données les faibles puissances apportées, les amplitudes des oscillations de température sont faibles. L’outil de mesure de température retenu est une caméra infrarouge, qui a été choisie de préférence à un ensemble de thermocouples. La caméra infrarouge utilisée dispose d’une précision de mesure des écarts de température suffisante. De plus, cet outil permet d’éviter la multiplicité des erreurs induite par la multiplicité des outils de mesure dans le cas de l’application à un échangeur.Dans un premier temps, la méthode de mesure a été appliquée dans le cas simple d’un tube de section circulaire dans lequel circule de l’eau. Ces essais préliminaires ont permis de valider la méthode. Une seconde série d’essais préliminaires a porté sur la mesure des coefficients d’échange thermique dans le cas d’une barrette de mini-canaux, de géométrie plus complexe. Le fluide utilisé est, cette fois encore, l’eau.Ces deux étapes ont permis de s’assurer de la pertinence des résultats obtenus avec la mé- thode. Les essais ont finalement été menés sur une maquette d’échangeur comprenant sept barrettes de mini-canaux, un distributeur et un collecteur. Deux types de fluides ont été tes- tés, de l’eau et un mélange eau-air. Ce dernier avait pour vocation de simuler le comportement d’un fluide à l’état diphasique. Le protocole, ainsi que le matériel utilisé dans chaque cas, feront l’objet de ce chapitre.

Dispositifs expérimentaux

Le premier dispositif étudié est un tube de section circulaire. La littérature fournit en effet quantité de corrélations destinées à estimer le coefficient d’échange thermique dans cette confi- guration. Ces premiers essais ont permis de valider la méthode de mesure dans un cas simple. Le tube en cuivre a un diamètre interne de 6 mm et externe de 8 mm. Sa longueur est de 2 m, de façon à s’assurer que l’écoulement est pleinement établi au niveau de la zone étudiée.L’échangeur développé pour les besoins de l’étude est composé d’un distributeur, d’un col- lecteur et de sept barrettes de mini-canaux. Le distributeur et le collecteur, identiques, sont des tubes de section circulaire de 2,1 cm de diamètre. Ils ont été réalisés en PVC de façon à permettre la visualisation de l’écoulement. Les barrettes sont identiques à celle présentée plus haut. Elles sont insérées dans le distributeur et le collecteur avec un écartement de 1 cm et une profondeur d’intrusion de 1 cm.

Pour la barrette de mini-canaux, sa longueur ne permet pas de respecter la condition L/D > 40. En effet, la longueur totale de la barrette, incluant la transition d’un tube rond à un tube plat, est de 65 cm. L’écoulement n’est donc pas établi à l’endroit de la mesure. Des corrélations développées en régime non établi ont donc été considérées pour valider nos résultats dans le cas de la barrette de mini-canaux.

Alimentation en mélange eau-air

Le circuit hydraulique, dans le cas d’un mélange eau-air, est présenté figure 2.4. De façon à homogénéiser le mélange, l’eau et l’air traversent deux mélangeurs, présentés figure 2.5. Les débits d’eau et d’air sont contrôlés par des vannes et mesurés à l’aide du débitmètre correspondant. La densité de flux massique et le titre du mélange eau-air en entrée de l’échangeur vont de 29 kg.mAfin de mesurer les coefficients d’échange thermique, une source de chaleur doit être associée au système à étudier. Une longueur de 30 cm est donc chauffée par effet Joule à une fréquence de 0,05 Hz. La source de chaleur se situe entre deux électrodes reliées à l’alimentation électrique au moyen de câbles en cuivre. Une pince ampèremétrique et un voltmètre sont connectés à une centrale de mesure pour mesurer le courant et la tension au cours du temps. Le tube et la barrette se comportent comme une résistance pure. Le courant évolue donc à la même fréquence et en phase avec la tension .