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 310 W / m 2 °C . 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 + exp − NUT 1 + Cr 2 2 ε = 2 1 + Cr + 1 + Cr 2 1 − exp − NUT 1 + Cr −1 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 2 cm de diamètre et de faible épaisseur. 1) Calculer la puissance calorifique à évacuer. 1060 J / Kg .K . On donne la chaleur massique de l’air égale à 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 C p = 4180 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 : ρc = 0,525 Kg / m3 , υc = 6, 20.10−5 m / s 2 , λc = 0, 0505 W / mK , Pr = 0, 68. Le nombre de Nusselt est donne par la corrélation suivante : - Pour un régime turbulent : N u 0,116 ( Re2/3 − 125 ) Pr1/3 = - Pour un régime laminaire : N u = 0,385.Re4/5 .Pr1/3 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 : ε −1 1 NUT = In Cr − 1 ε Cr − 1 Page : 1/2 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 4m 2 , 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 300 W / m 2 K 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 kg / min , 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 kg / min 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 80 W / m 2 K . ( CP _ air 1006 = = J / kgK et CP _eau 4186 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 : = ε (1/ Cr ) 1 − exp ( −Cr (1 − exp ( − NUT ) ) ) 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. Chargé du module: MENECEUR.N Page : 2/2
