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Quel est le principe de transfert de chaleur des tuyaux à ailettes ?
Principe de transfert de chaleur par tubes à ailettes
Dans de nombreux cas, dans un échangeur de chaleur composé de tubes circulaires réguliers, les coefficients de transfert de chaleur pour le fluide à lextérieur du tube et le fluide à lintérieur du tube ne sont pas les mêmes. Le coefficient de transfert de chaleur fait référence à la quantité de chaleur transférée par unité de surface pour une différence de température unitaire (différence de température entre le fluide et la paroi). Il représente la capacité de transfert de chaleur entre le fluide et la paroi. Par exemple :
- Le coefficient de transfert thermique lorsque leau se condense sur une surface est : 10 000 - 20 000 W/(m²·°C)
- Le coefficient de transfert thermique lorsque leau bout sur une surface est : 5 000 - 10 000 W/(m²·°C)
- Le coefficient de transfert de chaleur lorsque leau sécoule sur une surface est denviron : 2 000 - 10 000 W/(m²·°C)
- Le coefficient de transfert de chaleur lorsque lair ou la fumée sécoule sur une surface est : 20 - 80 W/(m²·°C)
- Le coefficient de transfert de chaleur lors de la convection naturelle de lair est seulement de : 5 - 10 W/(m²·°C)
Il est évident qu’il existe une différence significative dans la capacité de transfert thermique entre le fluide et la paroi.
Considérons maintenant un scénario réel de transfert de chaleur : à lintérieur dun tube circulaire, de leau sécoule avec un coefficient de transfert de chaleur de 5 000 (---), tandis quà lextérieur du tube, de la fumée sécoule avec un coefficient de transfert de chaleur de seulement 50 (- --), une différence de 100 fois. Lorsque la chaleur est transférée de lintérieur du tube vers lextérieur, ou de lextérieur vers lintérieur, où se produit le « goulot détranglement » ou la « résistance maximale » dans le processus de transfert de chaleur ? Cest bien entendu du côté des fumées, car le coefficient de transfert thermique côté fumées est le plus faible, limitant laugmentation du transfert thermique.
Prenons ici lexemple dune série de résistances : dans un circuit série constitué de plusieurs résistances, si lune dentre elles a une résistance beaucoup plus grande que les autres, cette résistance constituera le « goulot détranglement » du courant, et cest seulement en réduisant la résistance maximale que le courant traversant le circuit série pourra être efficacement augmenté. Le même principe sapplique au processus de transfert de chaleur mentionné ci-dessus.
Comment pouvons-nous augmenter le taux de transfert de chaleur dans les tubes circulaires ?
Lune des méthodes les plus efficaces consiste à utiliser des surfaces étendues à lextérieur des tubes, ce qui est obtenu en réalisant des tuyaux à ailettes. En supposant que la surface réelle de transfert de chaleur des tuyaux à ailettes est plusieurs fois supérieure à celle des tubes lisses dorigine, même si le coefficient de transfert de chaleur de la fumée reste faible, leffet de transfert de chaleur réfléchi sur la surface extérieure des tubes lisses augmentera considérablement. , améliorant ainsi lensemble du processus de transfert de chaleur. Dans des situations avec un taux de transfert de chaleur total constant, cela réduit la consommation de métal de léquipement et améliore son efficacité économique.
