Les scientifiques utilisent des supports poreux frittés pour construire des échangeurs de chaleur compacts et efficaces

Les scientifiques utilisent des supports poreux frittés pour construire des échangeurs de chaleur compacts et efficaces

GAUCHE : Conventionnel DROIT : Tube poreux. Crédit : L’Université des Electro-Communications

Malgré leur fonction trompeusement simple de transfert de chaleur d’un milieu à un autre, les échangeurs de chaleur sont d’une importance capitale dans les machines. L’échange thermique entre deux fluides dépend du matériau des échangeurs thermiques, de la surface de contact pour l’échange thermique et des propriétés du fluide. Pour un échange de chaleur efficace entre des fluides tels que des gaz qui ont de mauvaises propriétés de transfert de chaleur, des surfaces plus grandes sont nécessaires.

Les matériaux poreux tels que les supports poreux granulaires, les supports poreux en mousse et les supports poreux fibreux sont des alternatives émergentes. Ces matériaux ne sont pas fixés sur le tube de transfert de chaleur mais sont remplis à l’intérieur de celui-ci. Ainsi, cette approche ne nécessite pas que les tubes soient modernisés ou modifiés pour maintenir les ailettes et peut être utilisée dans les tubes de transfert de chaleur existants. Dernièrement, cependant, il a été découvert que le frittage du tube de transfert de chaleur et du milieu poreux peut améliorer le contact entre la fibre et la paroi du tube, en réduisant la résistance thermique et en améliorant l’échange de chaleur. Mais quelle est l’ampleur de l’amélioration des performances de transfert de chaleur ?

Or, dans une étude publiée dans Génie Thermique Appliqué, des chercheurs de l’Université d’électrocommunications et de l’Université d’agriculture et de technologie de Tokyo, au Japon, ont comparé les performances de transfert de chaleur de tubes remplis d’un matériau poreux fritté à celles de tubes de transfert de chaleur conventionnels normaux. Le document a été mis en ligne le 2sd juillet 2021, et il est paru dans le numéro imprimé, Volume 196, le 1st septembre 2021.

Les scientifiques utilisent des supports poreux frittés pour construire des échangeurs de chaleur compacts et efficaces

Effet des supports frittés poreux sur les performances de transfert des trayons dans les tubes chauffants. Crédit : L’Université des Electro-Communications

Les performances de transfert de chaleur de l’installation ont été évaluées en mesurant la température de l’air évacué après l’échange de chaleur. Le Dr Koji Enoki, professeur agrégé à l’Université d’électrocommunications, et l’un des auteurs de cette étude, explique brièvement la configuration : « Le diamètre intérieur du tube est d’environ 10-20 mm, et la longueur du tube est 150 mm. De l’air sec à 200 °C circule dans le tube et l’extérieur du tube est refroidi avec de l’isobutane à une température de saturation de 2 °C. Les chercheurs ont ensuite évalué les performances de transfert de chaleur de l’installation en mesurant la température de l’air évacué après l’échange de chaleur.

Pour le tube de transfert de chaleur conventionnel (sans la fibre d’aluminium), la température de l’air à la sortie a été observée autour de 130 °C. Cependant, la température de l’air de sortie a diminué de manière significative lorsque les tubes ont été remplis et frittés avec la fibre d’aluminium poreuse. De plus, pour une longueur de remplissage de 50 mm, la température de l’air s’est encore abaissée, se rapprochant de la température de saturation de l’isobutane (2 °C). Sur la base des différences de température entre l’air entrant et l’air sortant, les chercheurs ont calculé le transfert de chaleur dans les tubes frittés avec des supports poreux et l’ont trouvé cinq fois supérieur à celui des tubes de transfert de chaleur conventionnels.

Le Dr Enoki est optimiste sur le fait que l’amélioration du transfert de chaleur peut ouvrir la voie à la récupération d’énergie à partir de sources actuellement considérées comme peu pratiques ou peu économiques avec les tubes de transfert de chaleur conventionnels, déclarant que « comme le transfert de chaleur des gaz est généralement très faible, les déchets la chaleur des usines en-dessous de 200°C a été rejetée dans l’atmosphère pour des raisons économiques.Toutefois, les tubes caloporteurs présentés ici ont réussi à améliorer le transfert de chaleur des gaz d’environ 20 fois par rapport aux tubes conventionnels, permettant de récupérer les déchets chaleur des usines. »

« Compte tenu de la quantité d’énergie qui pourra être récupérée dans le futur, il n’est pas exagéré de dire que nous avons réussi à transformer un diamant brut en diamant », ajoute-t-il.


Des chercheurs conçoivent un échangeur de chaleur extrême en utilisant l’impression 3D métallique


Plus d’information:
Ren Watanabe et al, Investigation expérimentale sur les performances de transfert de chaleur et de chute de pression des supports frittés à haute porosité, Génie Thermique Appliqué (2021). DOI : 10.1016/j.applthermaleng.2021.117284

Fourni par l’Université d’électro-communications

Citation: Les scientifiques utilisent des supports poreux frittés pour construire des échangeurs de chaleur compacts et efficaces (2021, 20 octobre) récupéré le 20 octobre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-10-scientists-sintered-porous-media-compact.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.