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UNIVERSITE D'EL-OUED EL-Oued le: 26 mars 22
FACULTE DE TECHNOLOGIE, Département de Génie mécanique, 3éme Licence énergétique
Devoir à domicile
Module: Transfert thermique II
Exercice N° 1 :
L'huile chaude doit être refroidie par l'eau dans un échangeur de chaleur à 1 passage et à 8 tubes (voir
figure ci-dessous). Les tubes sont à parois minces fabriqué en cuivre avec un diamètre interne de
1, 4 cm
. La
longueur de chaque passage de tube dans l'échangeur est de
5 m
et le coefficient de transfert de chaleur global
est de
2
310 /WmC°
. L'eau s'écoule à travers les tubes avec un débit massique de
0,2 /Kg s
, et l'huile à travers
la coque à un débit massique de
0,3 /Kg s
. L'eau et l'huile entrent respectivement à des températures de
20 C°
et
150 .C
°
1- Déterminez la puissance thermique de cet échangeur de chaleur.
2- Déterminez les températures de sortie de l'eau et de l'huile.
L'efficacité de ce type d'échangeur est donnée par la relation :
1
2
2
2
1 exp 1
21 1 1 exp 1
r
rr
r
NUT C
CC NUT C
ε
−
+− +
= +++
−− +
Exercice N° 2 :
Pour refroidir un débit de
9/Kg h
d’air de
616 C°
à
178 C°
, on le fait passer dans le tube central d’un
échangeur de chaleur à double tube à contre-courant de
1, 5 m
de long, de
2cm
de diamètre et de faible
épaisseur.
1) Calculer la puissance calorifique à évacuer. On donne la chaleur massique de l’air égale à
1060 / . .J Kg K
2) Le fluide de refroidissement est de l’eau, qui pénètre dans la section annulaire à la température de
16 C°
avec un débit de 0,6 L/min. Calculer la température de cette eau à la sortie de l’échangeur. On prendra
4180 / .
p
C J Kg K=
.
3) Calculer le coefficient d’échange hc côté fluide chaud. Sachant que les propriétés de l'air à la temperature
moyenne 397 °C :
3
0,525 /
cKg m
ρ
=
,
52
6,20.10 /
cms
υ
−
=
,
0,0505 /
cW mK
λ
=
,
0,68.
r
P=
Le
nombre de Nusselt est donne par la corrélation suivante :
- Pour un régime turbulent :
( )
2/3 1/3
0,116 125
u er
N RP
= −
- Pour un régime laminaire :
4/5 1/3
0,385. .
u er
N RP=
4) Déterminer l’efficacité de cet échangeur, puis son NUT. En déduire le coefficient d’échange global, puis
le coefficient d’échange hf côté fluide froid.
Le nombre d'unité de transfert d'un échangeur à contre-courant est donné par la relation suivante :
11
11
rr
NUT In
CC
ε
ε
−
=
−−
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Exercice N° 3 :
Deux échangeurs de chaleur identiques à contre-courant sont disponibles. L'eau s'écoule avec un débit
massique de
3600 /kg h
à la température de
30 C°
est chauffée par refroidissement de l'huile à la température
de 90°C. Le débit d'huile est de
2700 /kg h
, est divisé sur les deux échangeurs, soit
1800 /kg h
dans le premier
et
900 /
kg h
dans le deuxième échangeur. Supposant que la surface nécessaire d'échange dans chaque
échangeur est de
2
4m
, ainsi que les deux échangeurs de chaleur sont connectés en série côté eau et en parallèle
côté huile (voir la figure ci-dessous). L'eau entre dans le premier échangeur de chaleur à 30°C. Déterminer les
températures finales de sortie d'eau et d'huile. Sachant que le coefficient global de transfert de chaleur dans
chaque échangeur est de
2
300 /W mK
et la chaleur spécifique de l'eau et de l'huile sont respectivement de
4,2 /kJ kgK
,
2,1 /kJ kgK
.
Exercice N° 4 :
L'air à la température de
25 C°
avec un débit massique de
14 / minkg
, circule à travers un radiateur de
voiture à flux croisés et refroidit l'eau de 99°C à 60°C (voir figure ci-dessous). L'eau s'écoule à un débit
massique de
4 / min
kg
à travers un certain nombre de passages séparés à l'intérieur de l'échangeur de chaleur
(radiateur). Supposant que les surfaces d'échange de chaleur propres et sans tartre, et la chaleur spécifique
des deux fluides sont constante dans les plages de températures données ainsi que le coefficient de transfert
de chaleur global est de
2
80 /W mK
.
( )
_ _eau
1006 / 4186 /
P air P
C J kgK et C J kgK= =
- Déterminer la surface d'échange requise et l'efficacité de l'échangeur de chaleur. Sachant que l'efficacité
d'un échangeur de chaleur à flux croisés est donnée par la relation suivante :
( ) ( )
( )
( )
1/ 1 exp 1 exp
rr
C C NUT
ε
= −−−−
Chargé du module: MENECEUR.N
Entrée d'eau
Sortie d'eau
N.B:
La date de remise de ce devoir sera le 03 mai 2022.
Pour le calcul des valeurs numériques prend trois chiffres après la virgule.
Écrire la solution de ce devoir dans une feuille A4.
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100%
