Etude expérimentale de l’hydrodynamique et de transfert thermique d’un évaporateur à ailette hélicoïdale externe: Influence de la géométrie de l’ailette

Abstract

Un nouvel tube à paroi extérieure modifiée, pour les échangeurs/évaporateurs à film ruisselant, est étudié. C’est un tube cylindrique vertical dont la paroi extérieure est munie d’ailette qui s’enroule en spirale sur toute sa hauteur et sur laquelle ruisselle le liquide à chauffer et à évaporer. L’étude hydrodynamique a permis de distinguer quatre régimes d’écoulement et d’évaluer les épaisseurs moyennes du film ruisselant en fonction du débit d’alimentation et de la géométrie de l’ailette hélicoïdale. Des modèles simplistes d’écoulements, pour les différents régimes sont, aussi, présentés. L’étude des transferts de chaleur, en régime d’échauffement, a permis d’évaluer les performances thermiques globalement et partiellement entre surface externe et film ruisselant. Les coefficients convectifs et les hauteurs d’unités de transfert globaux et partiaux sont déterminés en fonction des débits du film ruisselant et des angles d’inclinaisons axiales de l’ailette spiralée. L’étude comparative des différents tubes à ailettes testés et du tube lisse a utilisé, comme critères de comparaison, les coefficients de transfert thermique et les hauteurs d’unité de transfert globaux et partiaux. Les critères partiaux ont montré l’existence d’un compromis entre surface d’échange et coefficient de transfert convectif côté film. La structure du tube à double ailette, à forte pente axiale, constitue une solution à ce compromis. Sa performance, basée sur la hauteur d’unité de transfert, est meilleure, comparée à celles des tubes mono-ailettes et du tube lisse sans ailette.