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UN échangeur de chaleur à flux croisés Ce système fonctionne en permettant à deux fluides de circuler perpendiculairement l'un à l'autre, généralement l'un circulant dans des tubes et l'autre à l'extérieur de ces derniers. Le principe fondamental est que la chaleur est transférée d'un fluide à l'autre à travers les parois des tubes. Voici son fonctionnement étape par étape :

Composants:

1. Côté tube:L’un des fluides circule dans les tubes.
2. Côté coquille:L'autre fluide s'écoule sur les tubes, à travers le faisceau de tubes, dans une direction perpendiculaire à l'écoulement du fluide à l'intérieur des tubes.

Processus de travail :

1. Entrée de fluide:Les deux fluides (chaud et froid) pénètrent dans l'échangeur de chaleur par des entrées différentes. L'un (le fluide chaud) pénètre par les tubes, tandis que l'autre (le fluide froid) pénètre à l'extérieur des tubes.
2. Écoulement de fluide:

   • Le fluide circulant à l'intérieur des tubes se déplace selon un trajet rectiligne ou légèrement tortueux.
   • Le fluide s'écoulant à l'extérieur des tubes les traverse perpendiculairement. Son trajet peut être transversal (directement à travers les tubes) ou présenter une configuration plus complexe, combinant un courant transversal et un courant à contre-courant.

3. Transfert de chaleur:

   • La chaleur du fluide chaud est transférée aux parois des tubes, puis au fluide froid circulant à travers les tubes.
   • L'efficacité du transfert de chaleur dépend de la différence de température entre les deux fluides. Plus la différence de température est importante, plus le transfert de chaleur est efficace.

4. SortieAprès le transfert de chaleur, le fluide chaud, plus froid, sort par une sortie, et le fluide froid, plus chaud, sort par une autre. L'échange thermique entraîne une variation de température des deux fluides lors de leur circulation dans l'échangeur.

Variations de conception :

• Flux transversal à passage unique:Un fluide circule dans une seule direction à travers les tubes, et l'autre fluide se déplace à travers les tubes.
• Flux transversal multipasse:Le fluide à l'intérieur des tubes peut s'écouler en plusieurs passes pour augmenter le temps de contact avec le fluide à l'extérieur, améliorant ainsi le transfert de chaleur.

Considérations relatives à l’efficacité :

• Les échangeurs de chaleur à flux croisés sont généralement moins efficaces que les échangeurs à contre-courant, car le gradient de température entre les deux fluides diminue sur la longueur de l'échangeur. En contre-courant, les fluides maintiennent une différence de température plus constante, ce qui améliore l'efficacité du transfert de chaleur.
• Cependant, les échangeurs de chaleur à flux croisés sont plus faciles à concevoir et sont souvent utilisés dans des situations où l'espace est limité ou lorsque les fluides doivent être séparés (comme dans les échangeurs de chaleur air-air).

Applications :

• Échangeurs de chaleur refroidis par air (comme dans les systèmes CVC ou les radiateurs de voiture).
• Refroidissement des équipements électroniques.
• Échangeurs de chaleur pour systèmes de ventilation.

Ainsi, bien qu'ils ne soient pas aussi efficaces thermiquement que les échangeurs de chaleur à contre-courant, les conceptions à flux croisés sont polyvalentes et couramment utilisées lorsque la simplicité ou le gain de place sont importants.

Voici une ventilation de la profil de température pour un échangeur de chaleur à flux croisés, en particulier lorsque les deux fluides ne sont pas mélangés:

🔥 Échangeur de chaleur à flux croisés – Les deux fluides ne sont pas mélangés

➤ Disposition des flux :

• Un fluide s’écoule horizontalement (par exemple, un fluide chaud dans des tubes).
• L'autre circule verticalement (par exemple, l'air froid à travers les tubes).
• Aucun mélange dans ou entre les fluides.

📈 Description du profil de température :

▪ Fluide chaud :

• Température d'entrée: Haut.
• Au fur et à mesure qu'il coule, il perd de la chaleur au fluide froid.
• Température de sortie:Inférieure à l'entrée, mais pas uniforme dans tout l'échangeur en raison du temps de contact variable.

▪ Fluide froid :

• Température d'entrée: Faible.
• Gagne de la chaleur en circulant à travers les tubes chauds.
• Température de sortie:Plus élevé, mais varie également selon l'échangeur.

🌀 En raison du flux croisé et de l'absence de mélange :

• Chaque point de l'échangeur voit un gradient de température différent, en fonction de la durée pendant laquelle chaque fluide a été en contact avec la surface.
• La distribution de température est non linéaire et plus complexe que dans les échangeurs à contre-courant ou à flux parallèles.

📊 Profil de température typique (disposition schématique) :

                ↑ Fluide froid dans
        │
  Élevé │ ┌──────────────┐
  Température │ │ │
        │ │ │ → Fluide chaud à l'intérieur (côté droit)
        │ │ │
        ↓ └──────────────┘
      Sortie de fluide froid ← Sortie de fluide chaud

⬇ Courbes de température :

• fluide froid se réchauffe progressivement — la courbe commence bas et s'incline vers le haut.
• fluide chaud se refroidit — commence haut et s'incline vers le bas.
• Les courbes sont pas parallèle, et pas symétrique en raison de la géométrie du flux croisé et du taux d'échange de chaleur variable.

🔍 Efficacité :

• L’efficacité dépend de la rapport de capacité thermique et le NTU (nombre d'unités de transfert).
• En général moins efficace que le contre-courant mais plus efficace que le flux parallèle.

UN échangeur de chaleur à flux croisés avec les deux fluides non mélangés désigne un type d'échangeur de chaleur dans lequel deux fluides (chaud et froid) s'écoulent perpendiculairement (à 90°) l'un à l'autre, et aucun des deux fluides ne se mélange à l'intérieur ou avec l'autre. Cette configuration est courante dans des applications telles que récupération de chaleur air-air ou radiateurs automobiles.

Caractéristiques principales :

• flux transversal:Les deux fluides se déplacent à angle droit l'un par rapport à l'autre.
• fluides non mélangés:Les fluides chauds et froids sont confinés dans leurs passages d'écoulement respectifs par des parois solides ou des ailettes, empêchant tout mélange.
• Transfert de chaleur:Se produit à travers la paroi solide ou la surface séparant les fluides.

Construction:

Comprend généralement :

Canaux fermés pour que le deuxième fluide (par exemple, de l'eau ou du réfrigérant) circule à l'intérieur des tubes.

Tubes ou surfaces à ailettes où un fluide (par exemple, de l'air) circule à travers les tubes.

Applications courantes :

• Radiateurs dans les voitures
• Systèmes de climatisation
• Systèmes CVC industriels
• Ventilateurs récupérateurs de chaleur (VRC)

Avantages :

• Aucune contamination entre les fluides
• Entretien et nettoyage simples
• Idéal pour les gaz et les fluides qui doivent rester séparés