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Transfert de chaleur Chap 11 - 1
Chapitre 11
Ébullition & Condensation
Soit 1 g d’eau liquide: Si augmentation de 1°C q = 4.18 Joules
Si augmentation de 50°C q = 209 Joules
Si changement de phase: liquide à vapeur q = 2500 Joules
* Le changement de phase permet d’échanger beaucoup d’énergie.
Ébullition: liquide vapeur
Condensation: vapeur liquide
* Le fluide qui change de phase reste à température constante pendant le phénomène ( T = Tsaturation ).
Transfert de chaleur Chap 11 - 2
Ébullition
Condensation
http://www.hw.ac.uk/mecWWW/research/dam/cht.htm (Condensation)http://www.sanyo.co.jp/R_and_D/english/list/5_4.html (Ébulition)
Ébullition en piscine
Ébullition en convection forcée
Transfert de chaleur Chap 11 - 3
Ébullition en piscine et courbe d’ébullition
Exemple #1:Soit l’expérience suivante
Eau
Vapeur saturéeà # pression
( # T)
On fait varier la température dans le tube
TS
vapeur Condensée
= q
On mesure le flux transféré, q.
1
2a
b
3
c
4
S SATT T
Transfert de chaleur Chap 11 - 4
1
1
2a
b 1 : Convectionnaturellesimple.
a : Début del’ébullition.
2 : Ébullition nucléée; les bulles se forment sur des sites préférentiels.
b : Flux maximal en ébullition nucléée. Il y a trop de bulles, le liquide froid arrive difficilement sur la surface.
2 3 42 3 41
1
2a
b
3
c
4
4 : Ébullition par film stable. Le rayonnement débute q .
3 : Formation d’unfilm de vapeur
(mauvaise con-ductivité; q ).
c : Tout le tube est recouvert de vapeur; point de la valeur minimum du flux.
1 2 3321
Transfert de chaleur Chap 11 - 5
a
Images de différentes zones
b
Images de différentes zones
Transfert de chaleur Chap 11 - 6
c
Images de différentes zones
Transfert de chaleur Chap 11 - 7
Pour l’ébullition nucléée :
14 ( )
0.149 " L VLV VC 2
V
g -=q h
312 ( ) ( )
" S SATP,LL VLVLS n
sf LV L
g - -C T T=q hPrC h
Flux échangé:
Flux critique:
( )
LV
A qm kg/s
h
Masse évaporée:
système fluide-surface Csf n
eau-cuivre rugueux 0.0068 1.0
eau-cuivre poli 0.0130 1.0
eau-acier inox poli mécaniquement 0.0130 1.0
eau-nickel 0.006 1.0
benzene-chrome 0.101 1.7
alcool éthylique-chrome 0.0027 1.7
n pentane-cuivre poli 0.0154 1.7
Exemple #2: avec une résistance électrique: on contrôle le flux et on mesure la température du fil
- Au lieu d’une conduite de vapeur on prend unfil de Ni.Cr (résistance électrique)
- On règle le flux et on mesure Ts
Transfert de chaleur Chap 11 - 8
Exemple #2: avec une résistance électrique: on contrôle le flux et on mesure la température du fil
1
2a
b
d3
q’’
imp
osé
∆T mesuré
« Burn out »
Crise d’ébullition
Exemple #2: avec une résistance électrique: on contrôle le flux et on mesure la température du fil
- On règle le flux et on mesure Ts
- Dès que qˈ > qˈ0 alors saut de température (b d)qui peut atteindre près de 1000 K …FUSION DU FIL
« Burn out »; le fil de nickel est en fusion.
Augmentation marquée de TS; le fil devient de couleur rouge.
Début de l’ébullition; départ des premières bulles.(a) q = 37 W/cm2
(e) q = 107 W/cm2
(d) q = 99 W/cm2(c) q = 90 W/cm2
(b) q = 61 W/cm2
(f) q = 107 W/cm2
http://www-heat.uta.edu/visualization/bubble_dep/bubble_dep.htmlHong, You,
Ammerman, ChangThe University of
Texas at ArlingtonFluorinert® FC-72
Transfert de chaleur Chap 11 - 9
Ébullition en convection forcée
h TP = h NB + h Cconvection
ébullition
RPint
Pext
Formation des bulles
int ext
P -P
R
Renouvellement de la couchelimite thermique: bon transfert
Transfert de chaleur Chap 11 - 10
Condensationfilm
Contact direct
Homogène (vitesse - pression) goutte
Condensation
En goutte En film
Bon transfert
mais traitement de surface nécessaire
Transfert de chaleur Chap 11 - 11
Condensation
Condensation en film laminaire sur une plaque verticale de longueur L:
où
14 ( )
0.943 ( )
3LVL L L V
SAT SL LL
g -L h LhNu = =-k k T T
0.68 ( ) SAT SLV LV PL= + - h h C T T
voir la démonstration en exercice
Condensation en film laminaire sur un cylindre horizontal ou une sphère:
avec
14
( )
( )
3LV LL L V
DSAT SL
g - h k= ChD -T T
0.815 pour une sphèreC =
0.729 pour un cylindreC =
( ) ( ) SAT S
LV
A -h T Tm kg/s = h
Masse de vapeur condensée:
0.68 ( ) SAT SLV LV PL= + - h h C T T
Transfert de chaleur Chap 11 - 12
Condensation en film laminaire sur un ensemble vertical de N tubes :
1
4, DD N = Nh h
La décroissance du coefficient s’explique par l’augmentation de l’épaisseur du film liquide qui ruisselle sur les tubes inférieurs. Cette corrélation peut cependant sous estimer le
transfert : le ruissellement d’un tube sur l’autre peut contribuer à l’augmentation du coefficient h.