Etude d`un fluide frigorigène dans plusieurs configurations de mini

Etude numérique du transfert de chaleur et de masse dans un capillaire.
Ecoulements monophasique et diphasique.
Sandrine KIBLAIRE –Hasna LOUAHLIA-GUALOUS
Prabodh Kumar PANDAY - Eugène ARTIOUKHINE
Institut FEMTO ST – Département CREST,
Laboratoire mixte U.F.C.-U.T.B.M. – C.N.R.S. U.M.R. 6174
Site I.G.E. - 2, avenue Jean MOULIN,
90000 BELFORT, FRANCE
[email protected] - [email protected]
Avec la mise en place de la réglementation européenne, concernant la réduction de
l’émission des gaz à effet de serre, les installations frigorifiques contenant des
chlorofluorocarbures (C.F.C.) et des hydrocarbofluorocarbures (H.C.F.C.) ont été modifiées.
Après le remplacement de ces fluides frigorigènes par des hydroflorocarbures (H.F.C.), on
cherche actuellement à réduire les dimensions des échangeurs thermiques afin d’améliorer
leurs performances thermiques. Les canaux qui les composent ont des diamètres inférieurs au
millimètre.
Dans ce papier, on présente une étude numérique sur les transferts de masse et de la
chaleur dans le cas d’un écoulement avec et sans changement de phase. Nous présentons les
résultats relatifs à des écoulements tridimensionnels monophasiques, en régime permanent,
pour un fluide frigorigène : le R134a qui est le substitut du R12. Le domaine d’étude est
constitué d’un capillaire de différentes sections, dont le diamètre hydraulique est de 0,8 mm et
la longueur est de 325 mm. Les hypothèses adoptées pour la modélisation concernent
l’utilisation d’un fluide qui est newtonien. L’équation de continuité, les équations de quantité
de mouvement et l’équation d’énergie sont résolues. Une étude dynamique et une étude
thermique sont donc réalisées. La gamme du nombre de Reynolds est comprise entre 1000 et
13000, correspondant à des vitesses de l’ordre de 0,1 à 2,5 m.s-1. Afin de simuler le transfert
de chaleur, une densité de flux thermique constante est imposée à la paroi. Les
caractéristiques suivantes sont étudiées: les pertes de charge, la longueur dynamique
d’établissement de l’écoulement et le coefficient d’échange convectif. Ce dernier paramètre
est déterminé de façon globale et locale, ce qui conduit à la détermination des nombres de
Nusselt moyen et local. Les résultats des simulations numériques, présentés en fonction du
nombre de Reynolds, sont comparés avec des corrélations issues de la littérature.
La deuxième partie de l’article est consacrée à l’étude de la condensation d’un mélange
de deux fluides frigorigènes, le R134a et le R123. Les équations de la couche limite couplées
à l’interface liquide-vapeur sont résolues en tenant compte des conditions de continuité de
vitesse et de température. Le modèle numérique est validé par une comparaison avec des
résultats expérimentaux. La caractérisation locale de l’écoulement diphasique est effectuée et
l’étude de l’influence de la concentration du mélange à l’entrée sur le nombre de Sherwood et
de Nusselt et effectuée.
Mots clés : Modélisation, transfert de chaleur, transfert de masse, polyphasique.