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Résumé :
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Cette étude est consacrée à l'analyse et a la modelisation des mécanismes de croissance et de densification d'une couche de givre dans les échangeurs de chaleur. La formation du givre peut être responsable d'une détérioration importante des caractéristiques thermiques et aérauliques de ce type de matériel. La première partie expérimentale couvre une large gamme de paramètres. On utilise, en particulier, une méthode d'atténuation du rayonnement gamma qui permet d'accéder à des informations importantes sur la croissance et la densification du dépôt. Les lois d'échange et de frottement de l'échangeur utilise sont obtenues en fonction des principales conditions aux limites. Apres analyse des mécanismes de transferts de chaleur et de masse a l'intérieur du givre, une modelisation détaillée de la croissance du givre, basée sur l'hypothèse d'un profil non-uniforme de la masse volumique, est proposée. Le modèle donne la possibilité de suivre l'évolution des principales caractéristiques de la couche de givre (épaisseur, masse volumique, résistance thermique,), mais aussi celle des profils de température et de masse volumique a l'intérieur du givre. L'ajustement et la validation du modèle sont réalisés à l'aide des résultats expérimentaux obtenus et de données expérimentales prises dans la littérature. Les résultats obtenus permettent une meilleure compréhension de la formation du givre ; ils démontrent l'intérêt de la prise en compte de ce phénomène pour une optimisation de la conception et du fonctionnement des échangeurs frigorifiques industriels.
The aim of this study is to analyse and modelize the growth and densification mechanisms of a frost layer in heat exchangers. Frost formation may be responsible for great deterioration of thermal and aeraulic characteristics of this kind of equipment. At first, an experimental part is realized upon a wide range of parameters. Particularly, a gamma-rays attenuation method provides some important informations about growth and densification of the deposit layer. Heat and mass transfer correlations and friction law of the exchanger are obtained as a function of the main boundaries conditions. An analysis of heat and mass transfer characteristics of the frost leads to a detailed modelling of the frost growth, based upon the assumption of a non-uniform density profile. This model enables to get the evolution of the main characteristics of the frost layers (thickness, density, thermal resistance,…) as well as temperature and density profiles upon the frost layer. The fitting and the validation of the model are obtained from experimental data of this study and of the literature. the results obtained may serve as a basis for a better understanding of frost formation ; they demonstrate the importance of considering this phenomenon for the design and operating optimisation of industrial refrigerating heat exchangers.
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