Étude comparative d’un échangeur de chaleur à plaques en substitution par deux échangeurs de chaleur type faisceau-calandre

Abstract

دراسة استبدال مبادل حراري صفائحي بمبادلين حراريين من نوع األنبوب والغالف. الملخص: تقدم هذه المذكرة دراسة تصميم ومقارنة بين ثالث مبادالت حرارية: مبادل حراري ذو صفائح ومبادالن حراريان من نوع األنبوب والغالف. يهدف هذا العمل إلى تقييم األداء الحراري لهذه المبادالت وتحديد األنسب لظروف التشغيل المدروسة. وقد سمحت عملية التصميم بتحديد عدة معايير أساسية، منها مساحة التبادل الحراري، عدد األنابيب، عدد الحواجز، األقطار المميزة، إضافة إلى فقدان الضغط. أظهرت النتائج النهائية أنه رغم أن مبادل األنبوب والغالف يشغل مساحة أكبر مقارنة بالمبادل ذي الصفائح، إال أنه يتميز بمقاومة أعلى للضغوط ودرجات الحرارة المرتفعة. كما أنه يحقق فقدان ضغط أقل من المبادل ذي الصفائح في الظروف المدروسة، مما يجعله أكثر مالءمة للتطبيقات الصناعية الصعبة. الكلمات المفتاحية: مبادل حراري، مبادل صفائحي، مبادل أنبوب وغالف، التصميم، األداء الحراري، فقدان الضغط، انتقال الحرارة. Topic: Study of the Replacement of a Plate Heat Exchanger by Two Shell-and-Tube Heat Exchangers. Abstract: This thesis presents a study on the design and comparison of three heat exchangers: a plate heat exchanger and two shell-and-tube heat exchangers. The main objective is to evaluate their thermal performance and determine the most suitable configuration for the studied operating conditions. The design process allowed the determination of several key parameters, including heat transfer area, number of tubes, number of baffles, characteristic diameters, and pressure drops. The final results show that, although the shell-and-tube heat exchanger requires a larger footprint compared to the plate heat exchanger, it offers better resistance to high pressures and elevated temperatures. Furthermore, it presents a lower pressure drop than the plate heat applications. Keywords: Heat exchanger, plate heat exchanger, shell-and-tube heat exchanger, design, thermal performance, pressure drop, heat transfer. Thème : Étude substitution d’échangeur à plaque par 2 échangeurs de type faisceau-calandre Résumé : Ce mémoire présente une étude de dimensionnement et une comparaison de trois échangeurs de chaleur : un échangeur à plaques et deux échangeurs à faisceau et calandre. L’objectif est d’évaluer leurs performances thermiques et de déterminer la solution la plus adaptée aux conditions de fonctionnement étudiées. Ce dimensionnement a permis de déterminer plusieurs paramètres essentiels, notamment la surface d’échange, le nombre de tubes, le nombre de chicanes, les diamètres caractéristiques ainsi que les pertes de charge. Les résultats finaux montrent que, bien que l’échangeur à faisceau et calandre occupe une surface plus importante que l’échangeur à plaques, il présente une meilleure résistance aux hautes pressions et aux températures élevées. De plus, il offre une perte de charge inférieure à celle de l’échangeur à plaques dans les conditions étudiées, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications industrielles exigeantes. Mots clés : Échangeur de chaleur, échangeur à plaques, échangeur à faisceau et calandre, dimensionnement, performance thermique, pertes de charge, transfert de chaleur.