Intensification des transferts de chaleur dans un échangeur en matériau polymérique. : Etude de l’écoulement gazeux et des performances thermiques = = Heat Transfer Enhancement in a Polymer Heat Exchanger. Study of the Gas Flow and the Exchanger Thermal performance : / par Hervé Damotte ; sous la direction de Monique Lallemand

Résumé / Abstract : La substitution des matières polymères aux matériaux traditionnels apparaît progressivement dans la plupart des biens d'équipement. Les échangeurs de chaleur compacts suscitent des travaux de recherche et de développement liés à l'utilisation de ces nouveaux matériaux. L'optimisation d'un tel échangeur nécessite l'étude des performances aérauliques et thermiques de la surface d'échange. Deux types de surfaces sont étudiées : un faisceau tubulaire et un empilage de plaques alvéolaires. Les résultats d'essais, pour un faisceau tubulaire, sont présentés et comparés aux lois de la littérature. Une étude bibliographique relative à l'intensification des échanges de chaleur, complétée par des visualisations d'écoulement a permis de sélectionner deux types de surfaces améliorées : des plaques ondulées et des plaques munies d'obstacles bidimensionnels. Pour un encombrement identique, leurs performances thermiques égalent ou dépassent celles de la batterie métallique qui sert de référence. Par contre, les pertes de pression aérauliques au travers de telles surfaces se révèlent pénalisantes. Le régime d'écoulement entre deux plaques parallèles est laminaire. Les résultats expérimentaux obtenus sont comparés à ceux d'une surface lisse. Une étude locale d'écoulement dans un entrefer d'un jeu de plaques lisses munies d'obstacles est effectuée.

Résumé / Abstract : Polymers have gradually replaced materials traditionally used in many industrially manufactured equipment. The utilization of such materials in compact heat exchangers requires the pressure drop and thermal characterization of the new surfaces. In the present research project, two geometries of heat exchangers made of polymeric materials has been studied: a tube bundle and a plates equipped with internal channels for the liquid flow. The experimental results for the tube bundle are compared with data available in the literature. A survey of the enhanced heat transfer literature provided guidelines for the selection of the surfaces to be used in the preliminary flow visualization investigation. These data, in turn, allowed for the final decision concerning the design of the exchanger to be tested. These were wavy plate exchangers and plates equiped with two-dimensional protrusions. The thermal performances obtained equalled or surpassed those of the same volume metallic exchanger whereas the pressure drop over the surface was substantially higher. Laminar flow between the plates was observed. The experimental results were also compared with those of a smooth polymer surface. Local flow conditions between two adjacent smooth or enhanced plates were also investigated.