Etude expérimentale et modélisation de l’évaporation a l’intérieur de tubes pour pompes à chaleur géothermiques
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CaenDisciplines:
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Abstract EN:
This works deals with evaporation of refrigerants inside of a tube. It breaks down into two parts: one part of experimental analysis and a numerical part. An experimental test bench was designed to test the evaporation of refrigerants. The R134a and R407c refrigerants are tested. The heat exchange is characterized locally in a test tube of 1m length. We show that when the refrigerant flowrate increases, the heat exchange is improved. This phenomenon is explained by the refrigerant flow map which depends on the mass flow. It has been studied for both refrigerants. We studied the influence of the structure of the inner wall of the tube on the heat exchange. Several tubes were tested and compared. Correlations are established to predict the heat transfer coefficient and the pressure drop for the evaporation of the two fluids inside each tube. A comparison of the performance of two the refrigerants was performed: heat transfer intensification, pressure drop and the evaporation length are studied. Finally, a numerical model is designed to predict the characteristics of the evaporation inside a tube heated by a hydraulic system. The variation of the refrigerant saturation temperature and the decrease of the water heating temperature are taken into account. The resolution is made by combining the equations of the momentum, mass and heat conservation.
Abstract FR:
Ce mémoire présente l’étude de l’évaporation de fluides frigorigènes à l’intérieur d’un tube. Il se décompose en deux grandes parties : une étude expérimentale et une analyse numérique. Un banc d’essais expérimental a été conçu pour tester l’évaporation des fluides frigorigènes. Les réfrigérants R134a et R407c sont expérimentés. L’échange thermique est caractérisé de manière locale dans un tube expérimental de longueur 1m. Nous montrons que lorsque le débit du réfrigérant augmente, l’échange thermique s’améliore. Ce phénomène s’explique par la structuration de l’écoulement en fonction du flux massique. Il a été étudié pour les deux réfrigérants. Nous avons étudié l’influence de la structuration de la paroi interne du tube sur l’échange thermique. Plusieurs tubes ont été testés et comparés. Des corrélations sont établies pour prédire le coefficient d’échange thermique et la perte de charge pour l’évaporation des deux fluides à l’intérieur de chaque tube. Une comparaison des performances des deux réfrigérants a été réalisée. L’intensification du transfert thermique, la perte de charge et la longueur d’évaporation ont été mises en évidence. Enfin, un modèle numérique a été développé pour prédire les caractéristiques de l’évaporation à l’intérieur d’un tube chauffé par un écoulement d’eau. La variation de la température de saturation du réfrigérant et la diminution de la température de l’eau de chauffage sont prises dans la résolution en combinant les équations de conservation de mouvement, de chaleur et de masse.