CalculCoefEchange
Ce logiciel permet de calculer les coefficients d’échanges thermiques, suivant différents paramètres. Il présente également plusieurs feuilles et une page récapitulative des différentes corrélations et domaines de définitions utilisés.
Lorsque que vous démarrez le logiciel vous arrivez sur la page d’accueil où plusieurs paramètres doivent être saisis.
Vous choisissez donc tous d’abord le fluide (une douzaine de fluide courant sont répertoriés) puis votre type de convection, les quatre types de convection sont présents, par exemple convection forcée interne.
Ensuite il vous faut choisir les températures, la température Tparoi correspond à la température pariétale et Textérieure à la température ambiante. Dans le cas de la convection naturelle en espace clos ces deux valeurs représentent respectivement les températures des parois chaudes et des parois froides.
Les autres paramètres à saisir sont la pression à laquelle est soumise le fluide et la longueur caractéristique. La pression comme les températures permettent de calculer les propriétés du fluide. Par contre la longueur caractéristique permet de dimensionner le système et de déterminer les valeurs de Reynolds (si convection forcée), ou Rayleigh (si convection naturelle), et le Nusselt (permettant de déduire le coefficient d’échange h). Cette grandeur caractéristique correspond au rapport de l’aire sur le périmètre. Vous disposez ainsi d’une calculatrice sur l’interface d’accueil afin de pouvoir calculer cette valeur si nécessaire, par exemple en convection forcée interne.
Pour savoir à quoi correspond la longueur caractéristique se référer à la page récapitulative des géométries présentes dans le logiciel. Vous pouvez aussi choisir votre écoulement, pour la convection forcée externe seul la vitesse d’écoulement est possible mais pour certaines géométries en convection forcée interne vous pouvez choisir : débit massique (en kg/s), débit volumique (en m³/s) ou encore la vitesse d’écoulement (en m/s) selon les données dont vous disposez dans vos sujets d’exercice.
Une fois ces données saisies vous devez suivant votre étude, vous diriger vers la page concernant votre cas de convection, d’où cliquer sur le bouton correspondant.
Convection forcée externe
La convection forcée externe est caractérisée par la présence de couches limites créées par l’écoulement externe d’un fluide sur une surface matérielle. Lorsque le mouvement du fluide est imposé par une action extérieure (ventilateurs, pompes,…).
Une fois la feuille spécifique à cette dernière ouverte vous devez choisir la géométrie en question dans le menu déroulant. Ensuite il vous suffit de cliquer sur calculer pour obtenir les valeurs désirées. Si vous voulez changer une valeur ou le type de convection, il vous suffit de cliquer sur le lien « Retour saisie données » et d’effectuer les différents changements désirés et de suivre à nouveau la procédure pour obtenir le nouveau coefficient d’échange.
Convection forcée interne
La convection forcée interne correspond à un fluide contraint de s’écouler à travers une canalisation au sein de laquelle le débit est uniforme. Lorsque le mouvement du fluide est imposé par une action extérieure (ventilateurs, pompes,…).
Le principe de la saisie est identique à la page précédente (cf. Convection forcée externe). Par contre il y a d’avantages de valeurs à saisir sur cette feuille: la température du fluide à l’entrée de la conduite, le type de géométrie, la longueur du tube et s’il s’agit d’une conduite rectangulaire il faut rentrer les dimensions de celle-ci (base et hauteur).
Convection naturelle interne :
La convection dite « naturelle » ou « libre », c'est-à-dire lorsque le mouvement du fluide résulte exclusivement des forces de poussées (Archimède, différence des masses volumiques au sein du fluide du fait de l’existence d’un gradient de température entre la paroi solide et le fluide même). La convection naturelle interne ou en espace clos correspond à des échanges thermiques au sein des fluides enfermés dans des espaces délimités.
Après avoir choisi le type de géométrie, il faut saisir la hauteur si vous avez choisi comme type de géométrie le « double vitrage », puisque dans ce cas elle intervient dans la corrélation choisie. Par contre il faut faire particulièrement attention lors de la saisie des températures sur la page d’accueil car dans ce type de convection la température pariétale Tp correspond à la température de la paroi chaude tandis que Ta (Température du l’ambiant) correspond à la température de la paroi dite froide.
Convection naturelle externe :
La convection dite « naturelle » ou « libre », c'est-à-dire lorsque le mouvement du fluide résulte exclusivement des forces de poussées (Archimède, différence des masses volumiques au sein du fluide du fait de l’existence d’un gradient de température entre la paroi solide et le fluide même). La convection naturelle externe résulte d’échanges se produisant à des vitesses extrêmement faibles. Ces vitesses résultent du gradient de température et de la création de couche moins dense de fluide et donc des déplacements de fluide très lent donc un phénomène de convection.
Pour cette dernière possibilité, le principe est le même que précédemment, dès le type de convection sélectionné, il ne vous restera plus qu’à choisir votre géométrie.
Solutions aux divers problèmes que vous pouvez rencontrer :
- Les valeurs du Reynolds, Rayleigh, Prandtl ou le rapport Hauteur/Longueur caractéristique peuvent sortir de l’intervalle de définition de la corrélation et donc le calcul s’arrête puisque le programme ne peut pas calculer le Nusselt. On ne peut donc pas obtenir le coefficient d’échange.
- Si votre valeur du coefficient d’échange reste inchangé malgré le changement de géométrie ou des autres paramètres de la page c’est que le type de convection que vous avez sélectionné sur la page d’accueil peut être éventuellement différent de celui qui correspond à la page choisie.
- Le choix du type d’écoulement : débit massique, débit volumique ou vitesse d’écoulement n’est possible que pour certain type de géométrie puisqu’il faut qu’une section soit définie.
- La température de certains fluides comme l’oxygène dont la température de référence (Ta+Tp)/2 doit être inférieur à 300K car la base de données de EES ne possède pas les propriétés du fluide au-delà de cette valeur.