Numerical modeling of fouling induced by turbulent flow in a plate heat exchanger with fibrous coating on the walls

Modélisation de l'encrassement en régime turbulent dans un échangeur de chaleur à plaques avec un revêtement fibreux sur les parois

Hamza Chérif Sadouk (1, 2)

1 MSME - Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle
2 Équipe de transferts de chaleur et de matière

A numerical study is carried out to investigate the forced convection heat transfer induced by a turbulent flow in a parallel plate channel partly filled with a porous or fibrous material. The study involves the analysis of fouling in a plate heat exchanger, represented by a parallel plate channel with a high fouling potential liquid flow in turbulent regime. The objective is to come out with a technical solution that relies on the use of fibrous materials capability to capture deposited particles, and therefore to reduce the fouling impacts within heat exchangers. This solution focuses on reducing the fouling resistance on wall surfaces by modifying the thermal properties of the deposit. The deposit thickness evolution is obtained through a kinetics model of fouling, which is coupled to the conservation equations. An effective thermal conduction model (liquid, deposit, porous material) is selected in order to account for fouling within the porous matrix. The benefits of porous material on heat exchanger performance are analyzed

Les transferts de chaleur par convection forcée turbulente dans une conduite plane partiellement remplie par un milieu poreux sont étudiés numériquement. L’étude concerne l’analyse de l’encrassement dans un canal plan représentatif d’un échangeur de chaleur à plaques. Un fluide, ayant un fort pouvoir encrassant, est considéré en régime turbulent. L’objectif de cette étude est de proposer une technique qui repose sur l’utilisation de matériaux fibreux comme capteur de particules pouvant réduire les méfaits de l’encrassement. Cela consiste à essayer de réduire la résistance d’encrassement en agissant sur les propriétés thermiques du dépôt. L’étude de la cinétique de l’encrassement permet de déterminer la loi de variation de l’épaisseur du dépôt au cours du temps. Cette équation est couplée aux équations de conservation. Un modèle de conductivité thermique effective (fluide, dépôt, fibres poreuses) a été choisi et le phénomène de colmatage de la matrice poreuse est considéré. L’apport du milieu poreux sur les performances de l’échangeur est analysé

Mots clés: Porous medium; Plate heat exchanger; Finite volume method; Fouling; Channel plane; K-e model; Turbulent flow; Heat transfert

Mots clés: Échangeurs de chaleur Encrassement; Volumes finis; Méthodes de; Turbulence; Thermocinétique; Matériaux poreux; Échangeur de chaleur à plaque; Encrassement; Méthode des volumes finis; Canal plan; Modèle ?-e; Écoulement turbulent; Transfert de chaleur

Domaines: Autre [cond-mat.other]; Alimentation et Nutrition

Hamza Chérif Sadouk. Modélisation de l'encrassement en régime turbulent dans un échangeur de chaleur à plaques avec un revêtement fibreux sur les parois. Autre [cond-mat.other]. Université Paris-Est, 2009. Français. ⟨NNT : 2009PEST1001⟩. ⟨tel-00499251⟩