L’échange thermique est un phénomène naturel qui se produit dans tout notre environnement. Il régit les cycles météorologiques et les échanges d’énergie entre les écosystèmes. Exploiter son utilité grâce à un contrôle précis de l’échange thermique est au cœur des préoccupations de notre industrie depuis plus d’un siècle.

Les échangeurs de chaleur permettent de contrôler les mécanismes du transfert thermique entre des fluides. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, telles que le chauffage solaire, le chauffage de piscine, le chauffage de l’eau sanitaire, le chauffage par le sol, la transformation alimentaire, les applications marines, le contrôle général des processus industriels, et bien d’autres.

Les équations thermodynamiques paramétriques présentées aux pages suivantes définissent la nature de l’échange thermique et les performances d’un échangeur de chaleur pour toute application donnée. Une fois ces paramètres thermiques déterminés, ils peuvent être utilisés pour calculer les performances de l’échangeur de chaleur afin de sélectionner le produit le plus adapté en fonction de l’application spécifique.

Le principe de transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur repose sur le fait qu’un fluide plus froid absorbe la chaleur d’un fluide relativement plus chaud, ces fluides étant séparés par un matériau thermoconducteur sur lequel ils s’écoulent. Ceci est exprimé par la formule 1 :

Théorie AIC

Qt = Charge thermique totale
m = Débit massique du fluide.
Cp = Chaleur massique du fluide à pression constante.
ΔT = Variation de température du fluide

Cette formule permet de calculer le débit de chaleur théorique vers ou depuis un fluide donné subissant une variation de température, ΔT, à un débit massique, m, en fonction de la capacité thermique massique du fluide, Cp.

L’échange thermique est un phénomène naturel qui se produit dans tout notre environnement. Il régit les cycles météorologiques et les échanges d’énergie entre les écosystèmes. Exploiter son utilité grâce à un contrôle précis de l’échange thermique est au cœur des préoccupations de notre industrie depuis plus d’un siècle.

Le rendement thermique théorique d’un fluide indique la quantité de chaleur qui doit être transférée vers ou depuis un fluide. Le transfert thermique réel dépend de la géométrie physique de l’échangeur de chaleur, de sa composition matérielle et des conditions du fluide.

La forme générale de l’équation définissant le transfert de chaleur potentiel maximal à travers un échangeur thermique est exprimée par la formule suivante :

Théorie AIC

U = Coefficient global de transfert thermique
A = Surface d’échange
LMTD = Différence de température moyenne logarithmique

Le contrôle pratique du transfert thermique est déterminé par les interactions thermodynamiques moléculaires entre les fluides circulant dans l’échangeur thermique et la géométrie de l’échangeur lui-même.
Le coefficient global de transmission thermique U est calculé par une équation spécifique à la configuration géométrique d’un échangeur thermique. Il s’agit d’une fonction dérivée à l’aide de nombres adimensionnels tels que le nombre de Reynolds (Re) et le nombre de Prandtl (Pr), ainsi que des paramètres d’écoulement du fluide. La valeur globale U est calculée sur la surface totale A de l’échangeur thermique, à travers laquelle les fluides échangent de la chaleur.

L’écart logarithmique moyen des températures (LMTD) d’entrée et de sortie des fluides chaud et froid pour un échangeur à contre-courant est exprimé par la formule :

AIC : Fonctionnement

Thi = Température d’entrée du fluide chaud
Tco = Température de sortie du fluide froid
Tho = Température de sortie du fluide chaud
Tci = Température d’entrée du fluide froid

La valeur d’échange thermique réelle, Qp, peut être comparée à la valeur théorique, Qt, pour déterminer si l’échangeur de chaleur possède une capacité suffisante pour répondre aux exigences de l’application.