Pourquoi utilise-t-on des tubes à ailettes dans la chaudière ?

Les tubes à ailettes sont utilisés dans les applications où la chaleur est transférée dun fluide chaud à un fluide plus froid à travers une paroi de tube.

Échangeur de chaleur à tubes à ailettes

La vitesse à laquelle un tel transfert de chaleur peut se produire dépend de trois facteurs :

la différence de température entre les deux liquides ;

le coefficient de transfert thermique entre chacun des fluides et la paroi du tube ;

et la surface à laquelle chaque fluide est exposé.

Pour les tuyaux nus (sans ailettes), où la surface externe nest pas significativement plus grande que la surface interne, le fluide ayant le coefficient de transfert thermique le plus bas détermine le taux de transfert thermique global. Si le coefficient de transfert thermique du fluide à lintérieur du tube est plusieurs fois supérieur à celui du fluide à lextérieur du tube (par exemple, vapeur à lintérieur et huile à lextérieur), le taux de transfert de chaleur global peut être grandement amélioré en augmentant la surface externe du tube. le tube. En termes mathématiques, le produit du coefficient de transfert thermique du fluide externe multiplié par la surface externe est amené à correspondre plus étroitement au produit du coefficient de transfert thermique du fluide interne multiplié par la surface interne.

"Tout le concept des tubes à ailettes est daugmenter la surface externe du tube."

Tout le concept des tubes à ailettes est donc daugmenter la surface externe du tube. À titre dexemple, une configuration de tube à ailettes de 2" (nominal, 2,375") avec une ailette solide en spirale soudée de ¾" de hauteur de calibre 12 avec 6 ailettes par pouce a une surface externe de 8,23 ​​pi². . par pied linéaire ; alors que le même tuyau nu a une superficie externe de seulement 0,62 pied carré par pied linéaire. Il sagit dune augmentation de 13 fois de la superficie externe. Voir les informations de construction pour des tableaux détaillés des superficies et des poids des ailettes. .

Laugmentation de la surface externe du tube augmente le taux de transfert de chaleur global, réduisant ainsi le nombre total de tubes requis pour une application donnée. Cela réduit la taille globale de l’équipement et le coût du projet. Dans de nombreux cas, un tube à ailettes remplace six tubes nus ou plus pour moins dun tiers du coût et dun quart du volume.

Un échangeur de chaleur à tubes à ailettes est un type déchangeur de chaleur conçu dans le but dutiliser des plaques et des chambres à ailettes pour transférer la chaleur entre les fluides. Il est catégorisé à plusieurs reprises comme un échangeur de chaleur compact pour mettre en évidence son rapport surface de transfert de chaleur/volume relativement élevé.

Avantages des tubes à ailettes :

Efficacité élevée du transfert de chaleur, en particulier dans le traitement du gaz

Zone de transfert de chaleur plus grande

Environ cinq fois plus léger que l’échangeur de chaleur à faisceau tubulaire.

Peut résister à une pression élevée

Les nageoires peuvent avoir différentes formes. Par exemple, il peut sagir dailettes à broches qui dépassent dune surface (comme nous venons de le décrire) ou dailettes annulaires autour dun tube qui sont utilisées pour améliorer le flux de chaleur entrant ou sortant du fluide circulant à travers le tube. Lillustration suivante montre une telle aileron.

Lorsque les ailettes sont fixées à un mur à laide dun lien métallurgique ou adhésif, une résistance de contact thermique importante peut exister au niveau de linterface. Ceci peut être expliqué par un facteur de correction des ailettes, qui sera discuté dans une section ultérieure sur le coefficient de transfert thermique global.

Ensuite, nous analyserons l’échangeur de chaleur à flux parallèle pour un flux constant. Un débit constant est une hypothèse valable pour des conditions de fonctionnement et des températures stables.