Conception d’un échangeur de chaleur pour un système de refroidissement basé sur le stockage saisonnier de neige

Abdallah, Rimen (2020). Conception d’un échangeur de chaleur pour un système de refroidissement basé sur le stockage saisonnier de neige. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans un poulailler, en été, la quantité d’énergie libérée par les oiseaux à la fin de leur croissance devient très importante et des taux de ventilation énormes sont nécessaires pour tenter de maintenir des températures supportables à l’intérieur.

Alors, avec une chaleur latente de fusion de 334 kJ/kg, des tonnes de neige stockée dans un réservoir tout au long de l’hiver pourraient être utilisées pour abaisser la température intérieure et ramener les taux de ventilation à un niveau inférieur, permettant ainsi une économie d’électricité et un gain de confort pour les animaux et les travailleurs.

L’étude est concentrée sur le dimensionnement d’un échangeur eau-air. Le but de ce travail est de réaliser un code numérique qui sert à dimensionner cet échangeur de chaleur sous des conditions variables pour refroidir un poulailler situé au Québec.

Une étude bibliographique des différents échangeurs a permis de choisir la géométrie adéquate permettant le maximum d’échange. L’échangeur tube à ailette (Eau-Air) à courant-croisé a été choisi. La conception de l'échangeur repose sur la méthode de nombre d’unité de transfert.

À l’aide d’un code MATLAB, une étude paramétrique a été menée pour évaluer l’effet de certains paramètres sur la configuration optimale. Ces paramètres sont : le débit d'air; le débit d'eau; le nombre des ailettes; la conductivité thermique de tubes et des ailettes et l'encrassement.

Le volume de l’échangeur est limité à 3.5m × 0.2m × 1.5m avec une capacité maximale de 25 kW. L’eau passe à l’intérieur d’une vingtaines tubes avec une vitesse de circulation d’autour 1.5m/s. L’air circule à travers les 110 ailettes avec un débit volumique de 0.85 m3/s. Avec une quantité d’eau condensée est autour 38 litres d’eau à l’heure.

L’étude réalisée avec cet échangeur eau-air répond à un besoin critique au processus de refroidissement et déshumidification en milieu nordique où la gestion de la température et de
l’humidité est primordiale.

Titre traduit

Design of a heat exchanger for a cooling system based on seasonal snow storage

Résumé traduit

Energy Solutions Associates markets an air-to-air heat exchanger for the North American food industry. This equipment recovers heat in situations where the outside temperature is lower than inside. However, in summer the amount of energy released by birds during their growth becomes very large and enormous ventilation rates are required to keep temperatures bearable indoors.

While with a latent heat of fusion of 334 kJ/kg, tons of snow stored in a reservoir throughout the winter could be used to lower the interior temperature and reduce ventilation rates to a lower level, allowing thus saving electricity and improving comfort for animals and workers. The study is focused on the sizing of a water air exchanger. The goal of this work is to produce a digital code that is used to size this heat exchanger under variable conditions to cool a broiler house located in Quebec.

A bibliographical study of the various exchangers made it possible to choose the appropriate geometry allowing the maximum exchange. A crossflow finned tube bank heat exchanger was chosen. The design of the heat exchanger is based on the number of transfer unit method.

Using MATLAB code, a parametric study is conducted to assess the effect of certain parameters on the optimal configuration. These effects are: air flow; water flow; the number of fins; thermal conductivity of tubes and fins and fouling.

The volume of the heat exchanger is limited to 3.5m × 0.2m × 1.5m with a maximum capacity of 25 kW. The water passes through about twenty tubes with a circulation speed of around 1.5 m/s. The air circulates through the 110 fins with a volume flow of 0.85 m3/s. With the amount of condensed water is around 38 liters of water per hour.

The study carried out with this water-air exchanger responds to a critical need in the cooling and dehumidification process in northern environments where temperature and humidity management is essential.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maitrise en génie, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 95-101).
Mots-clés libres:	échangeur air-eau, dimensionnement, rafraîchissement, neige, tube à ailette
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Rousse, Daniel R.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	14 sept. 2021 19:17
Dernière modification:	14 sept. 2021 19:17
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2690

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