Simulation numérique pour échangeur thermique

Simulation numérique pour échangeur thermique

Pour certains secteurs industriels à forte valeur ajoutée, la maitrise des températures des fluides est importante. Dans le process, l’utilisation d’échangeur thermique multitubulaire est fréquente. Ces échangeurs thermiques mettent en œuvre deux fluides : un fluide process et un fluide caloporteur. La circulation de ces deux fluides dans un même équipement sans qu’il y ait mélange permet de garantir un transfert de calories d’un fluide à l’autre. La maitrise des débits et des températures d’entrée permet de garantir l’efficacité de l’échangeur thermique.

Les contraintes d’implantation des tuyauteries dans des espaces confinés imposent des orientations en entrée d’échangeur thermique. Cependant pour garantir le bon fonctionnement de l’échangeur, le flux d’air à réguler en température doit être homogène sur toute la section d’entrée et uniformément répartie entre les tubes.

Les sections de tuyauterie et les diamètres de raccordement des échangeurs thermiques tubulaires ne sont pas systématiquement les mêmes. Il est donc nécessaire concevoir des réductions. Compte tenu de l’implantation de l’échangeur dans le local, deux configurations de tuyauterie sont possibles :

  • Coude à 90°, réduction, entrée d’échangeur thermique
  • Réduction, coude à 90°, entrée d’échangeur thermique
  • Réduction, coude, longueur droite, entrée d’échangeur thermique

A partir du modèle 3D fourni par le fabricant d’échangeur, un assemblage est réalisé sous Solidworks. La modélisation 3D de l’écoulement fluide par SolidWorks Flow Simulation permet de vérifier le comportement du fluide process dans ces trois configurations. Celle représentant la meilleure homogénéité de fluide process à l’entrée de l’échangeur thermique sera la solution retenue.

En modélisant les deux raccordements fluidiques et en appliquant les conditions initiales à l’entrée et à la sortie du modèle conçu, nous avons obtenu les résultats du calcul (lignes de vitesse, lignes de pression, lignes de température, turbulences). Après analyse, il a été possible de mettre en avant la meilleure solution.

Ce sous-ensemble a été ensuite intégré à l’assemblage global pour valider l’encombrement et lancer la fabrication.

 

 

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