Transformateurs de chaleur parallèles
Les transferts thermiques sont utilisés dans de nombreuses applications techniques. Citons par exemple les condensateurs, les colonnes de rectification, les pompes à chaleur, les systèmes de refroidissement pour moteurs d'entraînement, les climatisations, les installations de récupération d'énergie ainsi que les systèmes de chauffage à fluides thermiques. L'objectif est toujours de transférer l'énergie thermique d'un fluide plus chaud vers un fluide plus froid. Il n'y a pas de mélange des fluides.
La force motrice du transfert de chaleur est une différence de température. Le flux thermique transféré Q˙ peut être décrit de manière générale par
dQ/dt = dm/dt · cp · ΔT
Q˙= m˙· cp · ΔT
m˙ est le débit massique, cp est la capacité thermique spécifique et ΔT est la variation de température du fluide. Cette formule s'applique à un écoulement monophasique avec cp constant.
Dans un échangeur de chaleur à écoulement parallèle, les deux fluides s'écoulent dans la même direction le long de la surface de transfert de chaleur. Les différences de température les plus élevées se produisent dans la zone d'entrée. Le long du sens d'écoulement, les températures des deux fluides se rapprochent rapidement. La différence de température moyenne motrice devient de plus en plus faible.
Pour la conception, on utilise souvent la différence de température moyenne logarithmique. Les conditions préalables sont les suivantes : aucune réaction chimique ne se produit et aucun changement de phase n'a lieu :
ΔTlm = (ΔT1−ΔT2) / ln (ΔT1 / ΔT2)
Le cas contraire à l'échangeur de chaleur à courants parallèles est l'échangeur de chaleur à contre-courant. Dans l'échangeur de chaleur à contre-courant, le sens opposé des courants entraîne une différence de température moyenne plus élevée ΔTlm. À surface de transfert thermique et coefficient de transfert thermique égaux, cela conduit à un rendement thermique plus élevé par rapport à l'échangeur de chaleur à flux parallèles.
- ΔTlm est la différence de température logarithmique moyenne
- Th,in est la température d'entrée du fluide chaud
- Th,out est la température de sortie du fluide chaud
- Tc,in est la température d'entrée du fluide froid
- Tc,out est la température de sortie du fluide froid
- Q˙ est le flux thermique
- L'indice G signifie contre-courant
- L'indice P signifie courant parallèle
- L'indice c signifie froid
- L'indice h signifie chaud
- U est le coefficient de transfert thermique total
- A est la surface de transfert thermique