Contribution à l'étude d'un évaporateur en graphite à ailettes spiralées internes - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Contribution à l'étude d'un évaporateur en graphite à ailettes spiralées internes

Sébastien Bessenet
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 788847
  • IdRef : 177176415

Résumé

This work is devoted to the experimental study, the modelling and the numerical simulation of hydrodynamic and thermal performances of a graphite evaporator with internal spiral fins. First, a global modelling, methodology have been developed to study the film flow with a Chemical Engineering Residence Time, Distribution (RTD) method. It appears that in spite of the complex structured heating surface, no atypical behaviour likely to decrease thermal performances have been detected such as short-circuit or dead zone. The mean residence time is closely represented by a power law model including operating parameters and geometrical parameters. Then, the thermal performances study led us to build a model describing the influence of these parameters in the case of water evaporation. This model was validated for the prediction of performance in the case of a Lithium Bromide aqueous solution evaporation. The design of an industrial apparatus exhibits advantages of this kind of evaporator for operating cost and raw material consumption reduction. A numerical approach is finally used to de scribe the local film flow using a commercial CFD software (FLUENT®). This software first describes a film flow over a succession of straight stair cases with a good agreement and gives the local evolution of the heat transfer coefficient. 3D film flow description exhibits a gravity to inertial transition in the mass flow rate range studied which corroborate some RTD hydrodynamic study conclusions.
Ce travail de thèse est consacré à l'étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique des performances hydrodynamiques et thermiques d'un évaporateur en graphite à ailettes spiralées internes. Dans un premier temps, nous avons mis au point une méthodologie permettant l'étude et la modélisation globale de l'écoulement avec une description de type Génie Chimique par la méthode de Distribution des Temps de Séjour (DTS). Il apparaît, malgré la structure interne complexe des surfaces chauffantes, que l'écoulement ne présente pas de caractéristique propre à limiter les performances thermiques, telle que des courts-circuits ou des volumes morts. L'évolution du temps de séjour moyen dans l'évaporateur est bien représentée par un modèle de type loi puissance liant les paramètres de fonctionnement et les caractéristiques géométriques. L'étude des performances thermiques de l'appareil nous a ensuite permis de dresser un modèle représentant l'influence des paramètres opératoires et des caractéristiques géométriques pour l'évaporation d'eau et de valider les prévisions de performances pour l'évaporation d'une solution aqueuse de Bromure de Lithium. Un exemple de dimensionnement d'appareil industriel montre l'intérêt d'un tel évaporateur concernant la diminution des coûts opératoires et de matière première. Enfin, une approche locale de description des écoulements par simulation numérique à été menée grâce au logiciel FLUENT®. Il apparaît que ce code commercial permet de bien représenter l'écoulement sur une succession de marches d'escalier descendantes en 2D (vue simplificatrice du problème) et de représenter l'évolution locale des coefficients d'échange thermique. La simulation de l'écoulement en 3D a permis de détecter un changement de comportement gravitaire / inertiel du film dans la gamme de débits utilisés expérimentalement. Cette transition est à mettre en parallèle avec les expériences de traçage et la modélisation globale de l'écoulement.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-01750384 , version 1 (29-03-2018)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01750384 , version 1

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Citer

Sébastien Bessenet. Contribution à l'étude d'un évaporateur en graphite à ailettes spiralées internes. Alimentation et Nutrition. Institut National Polytechnique de Lorraine, 2000. Français. ⟨NNT : 2000INPL125N⟩. ⟨tel-01750384⟩
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