CALODUC : principe de fonctionnement avancé (pour thermicien ou spécialiste)

Bonjour,

Je cherche à approfondir, enrichir et valider mes connaissances sur le principe de fonctionnement des caloducs.

Dans la littérature française j'ai trouvé une thèse d'un doctorant à l'Université de Poitiers, en l'année 2000, de 732 pages...
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=32E19476D664BD104A30EA29574AA8B3?doi=10.1.1.425.4114&rep=rep1&type=pdf

Les caloducs sont utilisés dans plusieurs applications, notamment les panneaux solaires pour l'ECS et/ou le chauffage, les systèmes de refroidissement des processeurs des ordinateurs et de certains smartphones.

Si vous avez des documents intéressants sur le sujet à partager, n'hésitez pas :-)

Tigrobze a écrit:Je cherche à approfondir, enrichir et valider mes connaissances sur le principe de fonctionnement des caloducs.

Bonjour,

Tout dépend de ce que tu cherches exactement. Au niveau des principes, les deux premiers chapitres de la thèse que tu proposes en lien sont déjà pas mal fournis. Tu veux aller encore plus loin dans la connaissance de cette technologie et de toutes ses variantes, ou tu as simplement besoin de mieux comprendre la physique de ces deux chapitres ? Dans ce dernier cas, je pense que nous sommes plusieurs à pouvoir t'aider, précise les points qui te sont obscurs. Si tu veux aller plus loin, par contre, je passe la main à un professionnel du secteur.

Merci pour ta réponse, AcideMatt

Effectivement, il serait intéressant que je pose des questions précises. Elles sont nombreuses dans ma tête et je suis en train de faire le tri pour poser les plus pertinentes, en premier temps.

En attendant, es-tu thermicien aussi ? Ou un truc du genre ?

Tigrobze a écrit:Merci pour ta réponse, AcideMatt

Je t'en prie.

Tigrobze a écrit:Effectivement, il serait intéressant que je pose des questions précises. Elles sont nombreuses dans ma tête et je suis en train de faire le tri pour poser les plus pertinentes, en premier temps.

Ça marche, on sera très certainement plusieurs à pouvoir te répondre.

Tigrobze a écrit:En attendant, es-tu thermicien aussi ?

Non, mais j'ai un doctorat en astrophysique.

AcideMatt a écrit:

Tigrobze a écrit:Effectivement, il serait intéressant que je pose des questions précises. Elles sont nombreuses dans ma tête et je suis en train de faire le tri pour poser les plus pertinentes, en premier temps.

Ça marche, on sera très certainement plusieurs à pouvoir te répondre.  

Cool

AcideMatt a écrit:

Tigrobze a écrit:En attendant, es-tu thermicien aussi ?

Non, mais j'ai un doctorat en astrophysique.

Classe ! L'astrophysique est une de mes centres d'intérêts préférés Je vais voir si tu as déjà parlé de ce sujet sur d'autres post

Donc, après avoir réfléchi à tous ça avec d'autres éléments trouvés sur le net, j'ai qq questions précises.

I- Oui ou non ? caloduc fritté : selon la thèse, ils ont une conduction moyenne (bof quoi) de l'épaisseur de la paroi du caloduc entre la vapeur devenant liquide et la surface extérieure du caloduc. Quelle valeur par rapport à un tube rainuré ? et un tube lisse ?

II- Dans la thèse : il prend l'hypothèse que la température de la vapeur ne varie pas entre l'évaporateur et le condenseur alors qu'il donne avant une équation de la dP en fonction de dT. étrange ? Car cette différence de pression est la force qui permet le déplacement de la vapeur. (image en anglais)

III- Un caloduc perd-il beaucoup de vapeur dans le temps ? De l'ordre de la dizaine, centaine d'années, pour que ce soit significatif ?

IV- Y a-t-il des cas où la vapeur en sortie d'évaporateur soit surchauffée, c-à-d une augmentation de la température et de la pression de la vapeur d'eau (titre à 100 % de vapeur)  ? Quelle courbe suivrait ce phénomène sur le digramme T-S ?

V- Les caloducs solaires (pour ECS ou chauffage) produisent de l'eau à haute température. Les caloducs sont-ils à hautes pression ?

Tigrobze a écrit:

AcideMatt a écrit:

Tigrobze a écrit:En attendant, es-tu thermicien aussi ?

Non, mais j'ai un doctorat en astrophysique.

Classe ! L'astrophysique est une de mes centres d'intérêts préférés Je vais voir si tu as déjà parlé de ce sujet sur d'autres post

Oui, j'ai un peu répondu sur d'autres posts physiques.

Regardons tes questions qui sont très précises, mais pour lesquelles tu ne donnes pas de numéro de pages pour aider, vilain.

Tigrobze a écrit:
I- Oui ou non ? caloduc fritté : selon la thèse, ils ont une conduction moyenne (bof quoi) de l'épaisseur de la paroi du caloduc entre la vapeur devenant liquide et la surface extérieure du caloduc. Quelle valeur par rapport à un tube rainuré ? et un tube lisse ?

Là, ta question s'adresse à un thermicien qui connaît les valeurs pratiques des coefficients du matos. Ce qui est certain, c'est que le frittage comme le rainurage vont augmenter la surface de contact par rapport à un tube lisse. Comme ça, intuitivement, j'aurais tendance à penser qu'un tube rainuré perturbe moins l'écoulement, et garde donc des vitesses plus grandes au niveau de la surface d'échange, donc serait plus efficace, mais c'est à vue de pif, à confirmer par quelqu'un connaissant le matos en pratique (peut-être que ça dépend du mode d'écoulement et que ça demeure laminaire partout, du coup le frittage, qui augmente je suppose plus la surface que le rainurage, est peut-être meilleur ?)

Tigrobze a écrit:II- Dans la thèse : il prend l'hypothèse que la température de la vapeur ne varie pas entre l'évaporateur et le condenseur alors qu'il donne avant une équation de la dP en fonction de dT. étrange ? Car cette différence de pression est la force qui permet le déplacement de la vapeur.

Donne-nous des numéros de pages, d'équation, quelque chose, c'est difficile de faire la recherche dans tout le document. Ce que je lis en page 4, c'est ceci :

La température de la phase vapeur est liée à la pression puisque le fluide est à l’état de saturation.  La  différence  de  pression  dans  la  phase  vapeur  étant  en  général  très  faible  (de  l’ordre  du  Pascal)  on  obtient  un  transport  d’énergie  quasi-isotherme  au  niveau  de  la  vapeur.

Ça semble clair, et ne contredit pas l'utilisation de l'équation II-4 me semble-t-il, mais il y a peut-être d'autres passages que tu as relevés ?

Tigrobze a écrit:III- Un caloduc perd-il beaucoup de vapeur dans le temps ? De l'ordre de la dizaine, centaine d'années, pour que ce soit significatif ?

Je laisse la parole à un technicien qui a l'expérience du renouvellement des appareils.

Tigrobze a écrit:IV- Y a-t-il des cas où la vapeur en sortie d'évaporateur soit surchauffée, c-à-d une augmentation de la température et de la pression de la vapeur d'eau (titre à 100 % de vapeur)  ? Quelle courbe suivrait ce phénomène sur le digramme T-S ?

Je ne comprends pas bien la question. Tu peux repréciser ?

Tigrobze a écrit:V- Les caloducs solaires (pour ECS ou chauffage) produisent de l'eau à haute température. Les caloducs sont-ils à hautes pression ?

Vu qu'ils ne contiennent qu'un élément sous deux phases, j'imagine que pour un fluide caloporteur donné, la pression de construction dépend de l'utilisation ? Il faut que de la source chaude à la froide, on se balade dans un mélange diphasique, ça place une contrainte différente en fonction des températures considérées. Je suppose qu'il peut donc exister de tout. (J'imagine que ma réponse t'aide vachement...   )

Oui, oups, désolé pour le manque de référence
Et merci Docteur pour tes réponses rapides

Je vais répondre question par question.

II- Dans la thèse, c'est page 36 (II-2.3. Gradient de température minimum dans la phase vapeur). Il explique que le gradient de pression est nécessaire, mais pourtant le néglige page 48 (II.4.1.2 Exemple d’application), alors que dans l'image suivante (tirée d'un autre document), on voit que le changement de puissance affecte la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur. Et ce qui me parait logique d'ailleurs.

AcideMatt a écrit:Ce que je lis en page 4, c'est ceci :

La température de la phase vapeur est liée à la pression puisque le fluide est à l’état de saturation. La différence de pression dans la phase vapeur étant en général très faible (de l’ordre du Pascal) on obtient un transport d’énergie quasi-isotherme au niveau de la vapeur.

Ça semble clair, et ne contredit pas l'utilisation de l'équation II-4 me semble-t-il, mais il y a peut-être d'autres passages que tu as relevés ?

Il me semble qu'il y a contradiction entre les 2 sources. Qui pourrait trancher ?

IV- Je vais prendre le cas du thermosiphon, plus simple.
Le diagramme T-S suivant donne l'évolution du phénomène.

Je me demande si l'eau liquide transformée en vapeur peut (dans certains cas ?? ) monter encore en température au delà de la courbe de saturation ? (comme dans le diagramme modifié ci-dessous _ en vert clair, en forme de corne de rhinocéros, ce qui pourrait être une surchauffe)

AcideMatt a écrit:

Tigrobze a écrit:V- Les caloducs solaires (pour ECS ou chauffage) produisent de l'eau à haute température. Les caloducs sont-ils à hautes pression ?

Vu qu'ils ne contiennent qu'un élément sous deux phases, j'imagine que pour un fluide caloporteur donné, la pression de construction dépend de l'utilisation ? Il faut que de la source chaude à la froide, on se balade dans un mélange diphasique, ça place une contrainte différente en fonction des températures considérées. Je suppose qu'il peut donc exister de tout. (J'imagine que ma réponse t'aide vachement...   )

Au moins tu vas dans mon sens, donc ça me donne l'impression de ne pas me gourer, enfin pour l'instant

Tigrobze a écrit:II- Dans la thèse, c'est page 36 (II-2.3. Gradient de température minimum dans la phase vapeur). Il explique que le gradient de pression est nécessaire, mais pourtant le néglige page 48 (II.4.1.2 Exemple d’application)

Mince, je te dirais bien des trucs du genre "même si le gradient de pression est mécaniquement nécessaire au sens où il fait circuler le liquide et donc permet l'échange de chaleur, il se peut qu'il soit thermodynamiquement négligeable dans un modèle au premier ordre, et ça va dans le sens de ma citation de la page 4" ou un truc du genre.

Mais je viens de lire tout le II.4. Et tout ce que je trouve, en parlant de l'équation II-10 p. 50, c'est

Cette expression est un développement à l’ordre un et n’est valable que pour des faibles gradients  de  température  et  de  pression  entre  le  liquide  et  la  vapeur.  Elle  correspond  donc  parfaitement aux cas rencontrés pour un caloduc.

Tu peux me repréciser où il néglige le gradient de pression ?

Tigrobze a écrit:
Je me demande si l'eau liquide transformée en vapeur peut (dans certains cas ?? ) monter encore en température au delà de la courbe de saturation ? (comme dans le diagramme modifié ci-dessous _ en vert clair, en forme de corne de rhinocéros, ce qui pourrait être une surchauffe)

Ben c'est sûr que si tu chauffes encore, tu vas vaporiser tout le liquide puis monter en température plus ou moins comme tu le dessines (encore que je me pose des questions sur la pointe de la corne et l'évolution de la pression, mais ce n'est pas le sujet), mais ça veut dire que le calo a été mal dimensionné pour ton usage (ou qu'il a perdu de la flotte avec le temps), paske là, le transfert thermique devient de la gnognotte.

Tigrobze a écrit: Au moins tu vas dans mon sens, donc ça me donne l'impression de ne pas me gourer, enfin pour l'instant

Oui, oh ben le sens vers lequel je vais, ici, ce n'est pas un argument très fort...

Salut,

Tigrobze a écrit:
Je me demande si l'eau liquide transformée en vapeur peut (dans certains cas ?? ) monter encore en température au delà de la courbe de saturation ? (comme dans le diagramme modifié ci-dessous _ en vert clair, en forme de corne de rhinocéros, ce qui pourrait être une surchauffe)

comme d'habitude : "ça dépend". Plus l'écoulement est turbulent, plus le mélange est fort, moins on pourra dépasser la température d'évaporation tant qu'il reste encore du liquide.

Après le fait que l'on voit un hystérésis au niveau du flux de chaleur, c'est normal, c'est ce que l'on appelle la crise d'ébullition. En gros on a une nappe de vapeur qui se créé à la surface de la paroi, et comme la vapeur a un coefficient de conductivité inférieur au liquide, le transfert diminue fortement -> la paroi monte en température et n'arrive plus à se refroidir -> il y a plus de vapeur -> le transfert diminue, etc.

La question que je me pose, c'est quel niveau avez vous ? Parce que si vous ne savez pas ce qu'est l'équation de la chaleur, les coefficients de conduction, le Prandtl, le Nusselt, etc... il est peut être mal venu d'essayer de comprendre une thèse sur le sujet sans en maîtriser les bases...

hobb a écrit:Salut,

Tigrobze a écrit:
Je me demande si l'eau liquide transformée en vapeur peut (dans certains cas ?? ) monter encore en température au delà de la courbe de saturation ? (comme dans le diagramme modifié ci-dessous _ en vert clair, en forme de corne de rhinocéros, ce qui pourrait être une surchauffe)

comme d'habitude : "ça dépend". Plus l'écoulement est turbulent, plus le mélange est fort, moins on pourra dépasser la température d'évaporation tant qu'il reste encore du liquide.

J'avais supposé que Tigrobze parlait de la sortie du mode diphasique, mais effectivement, la question se pose aussi de savoir à quel point on est loin de l'ET.

C'est pour ça qu'il faut savoir dans quel cadre on se place... Ce domaine n'est pas si simple... Surtout si on parle de mélange thermique en milieu turbulent diphasique... Il y a effectivement de quoi en écrire pas mal de thèses.

hobb a écrit:Surtout si on parle de mélange thermique en milieu turbulent diphasique

Après, je serais surpris que l'écoulement soit turbulent. On cherche à transmettre la chaleur de la manière la plus efficace possible. Perdre de l'Ec par turbulence et cascade de Kolmogorov, ça me semble doublement contreproductif, à la fois d'un point de vue mécanique et d'un point de vue thermique. Mais bon, je n'y connais effectivement pas grand chose en caloducs, voire même strictement rien, comme annoncé dans mon premier message, je tente simplement d'aider.

Thermodynamics is a funny subject. The first time you go through it, you don't understand it at all. The second time you go through it, you think you understand it, except for one or two small points. The third time you go through it, you know you don't understand it, but by that time you are so used to it, so it doesn't bother you any more.

Propos généralement attribués à Arnold Sommerfeld

Justement, c'est l'inverse. On transfert bien mieux la chaleur si l'écoulement est turbulent, et encore bien plus s'il est diphasique (une grande partie part dans la chaleur latente, pas dans l'énergie thermique).

.

hobb a écrit:Justement, c'est l'inverse. On transfert bien mieux la chaleur si l'écoulement est turbulent,

D'une certaine manière, oui, d'une autre, la turbulence chauffe le fluide qu'on veut justement refroidir, en prenant sur de l'Ec qu'on ne voulait pas dissiper et qu'il va falloir refournir. Mais je pensais surtout à la partie mécanique. En effet, il se peut que l'énergie mécanique ne soit pas un problème, comme dans les systèmes mis en rotation par un moteur que j'ai vus en parcourant la thèse, si on est dans un contexte industriel et qu'on veut simplement optimiser un échange thermique. Si c'est de l'utilisation domestique et qu'on veut gagner de l'énergie, c'est autre chose. Je pensais au thermosiphon, où, je pense, toute turbulence diminuerait l'écoulement et donc l'efficacité du système. Bref.

hobb a écrit:et encore bien plus s'il est diphasique (une grande partie part dans la chaleur latente, pas dans l'énergie thermique).

Oui, oui, je n'ai jamais écris l'inverse, bien au contraire.

ortolan a écrit:

hobb a écrit:On transfert bien mieux la chaleur si l'écoulement est turbulent

Est-ce lié au fait que le fluide (la vapeur dans le cas présent) reste plus longtemps au même endroit ?

Non, c'est l'inverse. C'est juste qu'on a un brassage nettement plus violent, et donc une homogénéisation thermique plus rapide. Du coup, la température monte moins vite aux parois, et donc le transfert reste plus élevé. De plus écoulement turbulent diphasique = structures gazeuses plus petites = surface d'échange avec le liquide plus grand, à volume égal.

Quant à la dissipation énergétique du à la cascade turbulente, c'est epsilonesque, le caloporteur n'est pas du miel non plus, hein ;-) Mais effectivement, ça part dans les pertes de charges, et donc de l'énergie nécessaire à la pompe pour entretenir cet écoulement. (Par ailleurs, pas besoin de turbulence pour avoir un échauffement, il suffit d'avoir un gradient de vitesse).

Et pour finir, écoulement rapide = couche limite (thermique & vitesse) plus faibles + échauffement fluide moindre = gradient plus fort = transfert thermique plus élevé.

Dans tous les cas un écoulement turbulent transférera mieux.

hobb a écrit:Salut,
(...)
La question que je me pose, c'est quel niveau avez vous ? Parce que si vous ne savez pas ce qu'est l'équation de la chaleur, les coefficients de conduction, le Prandtl, le Nusselt, etc... il est peut être mal venu d'essayer de comprendre une thèse sur le sujet sans en maîtriser les bases...

Salut Hobb,

J'ai eu mon DUT Génie Thermique et Energie en 2002 (et une licence pro MEEnR en 2009). L'équation de la chaleur, sous sa forme initiale, c'est trop loin et je n'aime pas ce genre de maths (dérivée partielle par ex), mais j'ai souvent utilisé les équations de transfert thermique dans mes boulots (conduction, convection, P=0,34.Qv.DT, cycle frigo, chaleur latente, chaleur sensible, P=Qm.Cp.DT, ...). Le Prandtl et le Nusselt me disent qqch    ; le nombre de Reynolds caractérise l'écoulement laminaire ou turbulent d'un fluide (compressible ou non ??? j'sais plus)

hobb a écrit:
Après le fait que l'on voit un hystérésis au niveau du flux de chaleur, c'est normal, c'est ce que l'on appelle la crise d'ébullition. En gros on a une nappe de vapeur qui se créé à la surface de la paroi, et comme la vapeur a un coefficient de conductivité inférieur au liquide, le transfert diminue fortement -> la paroi monte en température et n'arrive plus à se refroidir -> il y a plus de vapeur -> le transfert diminue, etc.

Okay, donc si je comprends bien, en régime permanent (si c'est assez stable au niveau ébullition, par petite bulle par ex), la vapeur sort du liquide à la même température, donc pas de surchauffe.

AcideMatt a écrit:
J'avais supposé que Tigrobze parlait de la sortie du mode diphasique, mais effectivement, la question se pose aussi de savoir à quel point on est loin de l'ET.

Justement, AcidMatt, après avoir écrit mon truc, je me suis demandé dans quelle circonstance la surchauffe pouvait arrivée. Après la vaporisation ça me paraissait possible physiquement mais pas pratiquement : il aurait fallut une surface de l'évaporateur dédiée à la surchauffe. Et finalement, pour quoi faire ? l'énergie sensible de la vapeur est ridicule face à la chaleur latente, donc qq degré en plus

Tigrobze a écrit:II- Dans la thèse, c'est page 36 (II-2.3. Gradient de température minimum dans la phase vapeur). Il explique que le gradient de pression est nécessaire, mais pourtant le néglige page 48 (II.4.1.2 Exemple d’application), alors que dans l'image suivante (tirée d'un autre document), on voit que le changement de puissance affecte la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur. Et ce qui me parait logique d'ailleurs.

AcideMatt a écrit:Ce que je lis en page 4, c'est ceci :

La température de la phase vapeur est liée à la pression puisque le fluide est à l’état de saturation.  La  différence  de  pression  dans  la  phase  vapeur  étant  en  général  très  faible  (de  l’ordre  du  Pascal)  on  obtient  un  transport  d’énergie  quasi-isotherme  au  niveau  de  la  vapeur.

Ça semble clair, et ne contredit pas l'utilisation de l'équation II-4 me semble-t-il, mais il y a peut-être d'autres passages que tu as relevés ?

J'ai calculé le débit de vapeur pour une puissance de 20 Watts (P=Qm.DH donc 20=Qmx2265) ça me donne 0,0088 g/s. Avec un volume massique de 10 m3/kg (~0,15 bar), ça donne 0,000 088 m3/s. Avec un cylindre de passage libre pour la vapeur de 5 mm de diamètre, on obtient une vitesse de la vapeur de 4,5 m/s et ça me parait beaucoup   Mais avec une telle vitesse (même 10 fois moins) je me dis que la différence de pression entre évaporateur et condenseur n'est pas négligeable    Et pour un fluide compressible, il me semble qu'on ne peut pas appliquer Bernoulli.

Il me semble qu'il y a contradiction entre les 2 sources. Qui pourrait trancher ?

hobb a écrit:Quant à la dissipation énergétique du à la cascade turbulente, c'est epsilonesque, le caloporteur n'est pas du miel non plus, hein ;-)

Simplement en passant, la viscosité turbulente ne dépend qu'indirectement de la viscosité (via Reynolds), et si on détourne de l'Ec macroscopique vers du toubillon et autre, à un moment ou à un autre il faut qu'elle arrive dans Q, en quittant la cascade à grande échelle si c'est très visqueux ou quasiment à l'échelle moléculaire si on parle d'un gaz tout gentil, mais ça ne change pas le bilan.

Mais comme je le disais, c'est en passant, les caloducs ne sont clairement pas mon domaine de compétence, je suis heureux de laisser la main à des gens maîtrisant mieux !

AcideMatt a écrit:
Simplement en passant, la viscosité turbulente ne dépend qu'indirectement de la viscosité (via Reynolds),

En fait, ça n'a même rien à voir avec la viscosité. Localement c'est de la convection, qui moyennée donne un terme d'ordre 2 qui s'apparente à de la viscosité, c'est pour ça qu'on l'appelle "viscosité turbulente" : parce que dans NS c'est un terme ajouté à la viscosité classique. Mais c'est une conséquence (j'insiste) de transport convectif local.
Pour la viscosité turbulente, c'est via le TENSEUR de Reynolds, pas le nombre. Pas de lien entre les deux (sinon que c'est la même personne qui a identifié les deux).
Comme pour la conduction thermique turbulente, en fait c'est de la micro-convection, qui moyennée donne un terme d'ordre 2 qui s'apparente à de la conduction.

AcideMatt a écrit:
et si on détourne de l'Ec macroscopique vers du toubillon et autre, à un moment ou à un autre il faut qu'elle arrive dans Q, en quittant la cascade à grande échelle si c'est très visqueux ou quasiment à l'échelle moléculaire si on parle d'un gaz tout gentil, mais ça ne change pas le bilan.

Ben oui, sauf que toute l'énergie ne se dissipe pas en chaleur (enfin si mais après un temps très long). Localement c'est majoritairement de l'énergie cinétique. La thermique (ça finira comme ça, on est d'accord) c'est beaucoup, beaucoup plus tard. On n'est pas dans l'océanographie là.

Tigrobze a écrit:
Okay, donc si je comprends bien, en régime permanent (si c'est assez stable au niveau ébullition, par petite bulle par ex), la vapeur sort du liquide à la même température, donc pas de surchauffe.

C'est ça ;-) En fait (c'est assez compliqué), mais si on donne plus d'énergie thermique à une bulle, elle préférera changer la phase plutot que surchauffer le gaz. C'est par exemple pour ça que quand on refroidit un liquide, il y a un plateau à 0°C : l'énergie "préférera" partir dans la chaleur latente plutôt que continuer de refroidir ce qui est déjà solidifié. C'est assez logique puisqu'à un moment ou à un autre, une partie du liquide verra passer"le froid", et comme il ne peut pas être liquide ET être en dessous de 0°C, ben il se solidifiera, au détriment de ce qui l'est déjà.

Là c'est similaire mais avec un mélange liquide/gaz.

Tigrobze a écrit:Le Prandtl et le Nusselt me disent qqch    

La plupart des lois de transfert pour les échangeurs dépendent de ces nombres.

Tigrobze a écrit:le nombre de Reynolds caractérise l'écoulement laminaire ou turbulent d'un fluide (compressible ou non ??? j'sais plus)

Les deux : la masse volumique n'intervient pas. Mais ça reste un indicateur. A faible Reynolds ( < 1000) on est clairement dans le laminaire, entre 1000 et 4000 dans le transitoire, et > 4000 turbulent. Mais il y a des exceptions (comme toujours), on a réussi à conserver des écoulements laminaires avec Re ~ 10 000 par exemple.

Je relance les questions auxquelles je n'ai pas eu de réponse assurée ou précise.


I- Oui ou non ? caloduc fritté : selon la thèse, ils ont une conduction moyenne (bof quoi) de l'épaisseur de la paroi du caloduc entre la vapeur devenant liquide et la surface extérieure du caloduc. Quelle valeur par rapport à un tube rainuré ? et un tube lisse ?

II- Dans la thèse, c'est page 36 (II-2.3. Gradient de température minimum dans la phase vapeur). Il explique que le gradient de pression est nécessaire, mais pourtant le néglige page 48 (II.4.1.2 Exemple d’application), alors que dans l'image suivante (tirée d'un autre document), on voit que le changement de puissance affecte la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur. Et ce qui me parait logique d'ailleurs.

J'ai calculé le débit de vapeur pour une puissance de 20 Watts (P=Qm.DH donc 20=Qmx2265) ça me donne 0,0088 g/s. Avec un volume massique de 10 m3/kg (~0,15 bar), ça donne 0,000 088 m3/s. Avec un cylindre de passage libre pour la vapeur de 5 mm de diamètre, on obtient une vitesse de la vapeur de 4,5 m/s et ça me parait beaucoup    Mais avec une telle vitesse (même 10 fois moins) je me dis que la différence de pression entre évaporateur et condenseur n'est pas négligeable     Et pour un fluide compressible, il me semble qu'on ne peut pas appliquer Bernoulli.
Il me semble qu'il y a contradiction entre les 2 sources. Qui pourrait trancher ?

III- Un caloduc perd-il beaucoup de vapeur dans le temps ? De l'ordre de la dizaine, centaine d'années, pour que ce soit significatif ?

V- Les caloducs solaires (pour ECS ou chauffage) produisent de l'eau à haute température. Les caloducs sont-ils à hautes pression ? (plus hautes que dans un caloducs de ventirad d'ordinateur par exemple)

Je laisse Hobb te répondre. Je te rappelle une simple chose au passage au sujet de ta remarque sur Bernouilli : ce n'est pas parce qu'un fluide est aisément compressible que son écoulement l'est systématiquement, surtout si les vitesses en jeu sont faible devant celle du son (donc devant la vitesse de l'information équilibrant les pressions).

Re-,

il faudrait pas mal de temps pour répondre précisément aux questions. Je donne juste des éléments de réponse, pour le reste il faudrait se plonger dans la thèse en question, et ça c'est long...

Tigrobze a écrit:
I- Oui ou non ? caloduc fritté : selon la thèse, ils ont une conduction moyenne (bof quoi) de l'épaisseur de la paroi du caloduc entre la vapeur devenant liquide et la surface extérieure du caloduc. Quelle valeur par rapport à un tube rainuré ? et un tube lisse ?

Si la thèse le dit et qu'elle le justifie, c'est que cela doit être vrai...

Tigrobze a écrit:
II- Dans la thèse, c'est page 36 (II-2.3. Gradient de température minimum dans la phase vapeur). Il explique que le gradient de pression est nécessaire, mais pourtant le néglige page 48 (II.4.1.2 Exemple d’application), alors que dans l'image suivante (tirée d'un autre document), on voit que le changement de puissance affecte la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur. Et ce qui me parait logique d'ailleurs.

Quel rapport entre le gradient de pression et la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur ? De quel gradient de pression on parle, celui de la perte de charge ou celui intrinsèque à l'écoulement (par exemple dans la couche limite) ? Mono ou diphasique (dans le second cas la définition même de gradient de pression devient délicate) ?

Tigrobze a écrit:
J'ai calculé le débit de vapeur pour une puissance de 20 Watts (P=Qm.DH donc 20=Qmx2265) ça me donne 0,0088 g/s. Avec un volume massique de 10 m3/kg (~0,15 bar), ça donne 0,000 088 m3/s. Avec un cylindre de passage libre pour la vapeur de 5 mm de diamètre, on obtient une vitesse de la vapeur de 4,5 m/s et ça me parait beaucoup  

4.5 m/s ce n'est pas abérant. Cela dit je ne comprends pas votre calcul. C'est quoi DH ? P ? Est-ce que vous faites l'hypothèse que toute la puissance part en changement de phase ? Si oui cela veut dire que votre fluide est à la limite d’ébullition en arrivant sur l'échangeur.

Tigrobze a écrit:
 Mais avec une telle vitesse (même 10 fois moins) je me dis que la différence de pression entre évaporateur et condenseur n'est pas négligeable    

Quel lien entre vitesse vapeur et pression ?

Tigrobze a écrit:
 Et pour un fluide compressible, il me semble qu'on ne peut pas appliquer Bernoulli.

Si.

Tigrobze a écrit:
Il me semble qu'il y a contradiction entre les 2 sources. Qui pourrait trancher ?

Déjà en répondant à toutes les questions précédentes, ça permettrait d'avoir une question claire et des éléments de réponse pour trancher.

Tigrobze a écrit:
III- Un caloduc perd-il beaucoup de vapeur dans le temps ? De l'ordre de la dizaine, centaine d'années, pour que ce soit significatif ?

Je ne comprends pas la question. "perdre de la vapeur", ça veut dire quoi ? Et je doute qu'un caloduc se sublime comme ça avec le temps (si je prends votre phrase au pied de la lettre, ça veut dire ça).

Tigrobze a écrit:
V- Les caloducs solaires (pour ECS ou chauffage) produisent de l'eau à haute température. Les caloducs sont-ils à hautes pression ? (plus hautes que dans un caloducs de ventirad d'ordinateur par exemple)

Si l'échange thermique est très fort, de là à dépasser la vapeur d'ébullition aux CNTP, et que l'on souhaite garder le caloporteur liquide, alors oui, la pression doit être élevée pour garantir le maintient à l'état liquide (comme dans certaines centrales nucléaires).

.

ortolan a écrit:À l'état liquide (haute pression) pour le circuit primaire si j'ai bonne mémoire, tandis que le secondaire alimente les turbines des générateurs avec de la vapeur justement.

C'est ça. A noter que dans certaines générations de centrales la température de l'eau liquide dépasse allègrement les 100°C, d'où la pressurisation du primaire.

Merci Hobb pour ton message

hobb a écrit:

Tigrobze a écrit:
I- Oui ou non ? caloduc fritté : selon la thèse, ils ont une conduction moyenne (bof quoi) de l'épaisseur de la paroi du caloduc entre la vapeur devenant liquide et la surface extérieure du caloduc. Quelle valeur par rapport à un tube rainuré ? et un tube lisse ?

Si la thèse le dit et qu'elle le justifie, c'est que cela doit être vrai...

C'était pour savoir si qqn avait des valeurs à communiquer sur les différentes conductions thermiques.

hobb a écrit:

Tigrobze a écrit:II- Dans la thèse, c'est page 36 (II-2.3. Gradient de température minimum dans la phase vapeur). Il explique que le gradient de pression est nécessaire, mais pourtant le néglige page 48 (II.4.1.2 Exemple d’application), alors que dans l'image suivante (tirée d'un autre document), on voit que le changement de puissance affecte la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur. Et ce qui me parait logique d'ailleurs.

Quel rapport entre le gradient de pression et la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur ? De quel gradient de pression on parle, celui de la perte de charge ou celui intrinsèque à l'écoulement (par exemple dans la couche limite) ? Mono ou diphasique (dans le second cas la définition même de gradient de pression devient délicate) ?

Il parle du gradient de l'écoulement de la vapeur et en monophasique. Il appelle ça la force motrice de la vapeur, pour aller de l'évapo au condenseur.

hobb a écrit:

Tigrobze a écrit:J'ai calculé le débit de vapeur pour une puissance de 20 Watts (P=Qm.DH donc 20=Qmx2265) ça me donne 0,0088 g/s. Avec un volume massique de 10 m3/kg (~0,15 bar), ça donne 0,000 088 m3/s. Avec un cylindre de passage libre pour la vapeur de 5 mm de diamètre, on obtient une vitesse de la vapeur de 4,5 m/s et ça me parait beaucoup  

4.5 m/s ce n'est pas abérant. Cela dit je ne comprends pas votre calcul. C'est quoi DH ? P ? Est-ce que vous faites l'hypothèse que toute la puissance part en changement de phase ? Si oui cela veut dire que votre fluide est à la limite d’ébullition en arrivant sur l'échangeur.

Ah cool (pas abérant). DH c'est pour différence d'enthalpie ("delta h" aurait mieux peut-être), cad la chaleur latente d'évaporation de l'eau, soit 2265 kJ/kg (c'est à 1 bar, mais j'avais pas regardé pour 0,15 bar et en fait ça vaut 2470 kJ/kg donc pas loin, on obtient Qm=0,0081 g/s puis Qv=0,000 081 m3/s et V=4,1 m/s)

hobb a écrit:

Tigrobze a écrit:Mais avec une telle vitesse (même 10 fois moins) je me dis que la différence de pression entre évaporateur et condenseur n'est pas négligeable    

Quel lien entre vitesse vapeur et pression ?

Comme il le dit dans sa thèse, la différence de pression est la force motrice de la vapeur le long du caloduc, donc si pas de différence de pression alors pas de déplacement de vapeur et donc pas de vitesse : si delta pression = 0 alors V=0, donc j'en déduit qu'il y a bien une relation entre vitesse et pression, comme dans tout fluide compressible en écoulement dans un conduit. Isn't it ?

hobb a écrit:

Tigrobze a écrit:
 Et pour un fluide compressible, il me semble qu'on ne peut pas appliquer Bernoulli.

Si.

ça dépend, mais plutôt non dans les caloducs. Si la vitesse de l'écoulement est très inférieure à la vitesse du son dans le fluide, ça marche. Mais sinon, pas de Bernoulli en fluide compressible. Dans le cas des caloducs, on est parfois proche de la vitesse du son, et c'est ce qu'il appelle la limite sonique :

hobb a écrit:

Tigrobze a écrit:
III- Un caloduc perd-il beaucoup de vapeur dans le temps ? De l'ordre de la dizaine, centaine d'années, pour que ce soit significatif ?

Je ne comprends pas la question. "perdre de la vapeur", ça veut dire quoi ? Et je doute qu'un caloduc se sublime comme ça avec le temps (si je prends votre phrase au pied de la lettre, ça veut dire ça).

Je voulais savoir au bout de combien de temps une quantité non négligeable (10% par exemple) de molécule d'eau traversait la paroi de cuivre.

AcideMatt a écrit:Je laisse Hobb te répondre. Je te rappelle une simple chose au passage au sujet de ta remarque sur Bernouilli : ce n'est pas parce qu'un fluide est aisément compressible que son écoulement l'est systématiquement, surtout si les vitesses en jeu sont faible devant celle du son (donc devant la vitesse de l'information équilibrant les pressions).

Tu veux parler de la viscosité d'un fluide réel et de l'énergie ("information équilibrant les pressions") qui remonte l'écoulement pouvant ainsi freiner le fluide ? Et que ces 2 facteurs sont imposants quand la vitesse du fluide compressible est lente ?

hobb a écrit:

ortolan a écrit:À l'état liquide (haute pression) pour le circuit primaire si j'ai bonne mémoire, tandis que le secondaire alimente les turbines des générateurs avec de la vapeur justement.

C'est ça. A noter que dans certaines générations de centrales la température de l'eau liquide dépasse allègrement les 100°C, d'où la pressurisation du primaire.

https://www.ohio.edu/mechanical/thermo/property_tables/H2O/ph_water.html
On voit sur le diagramme qu'il faut environ 15 bars de pression pour avoir de l'eau liquide à 200°C ; environ 80 bars pour 300°C...

Tigrobze a écrit:Merci Hobb pour ton message

Pas de soucis ;-)

Tigrobze a écrit:
Ah cool (pas abérant). DH c'est pour différence d'enthalpie ("delta h" aurait mieux peut-être), cad la chaleur latente d'évaporation de l'eau, soit 2265 kJ/kg (c'est à 1 bar, mais j'avais pas regardé pour 0,15 bar et en fait ça vaut 2470 kJ/kg donc pas loin, on obtient Qm=0,0081 g/s puis Qv=0,000 081 m3/s et V=4,1 m/s)

Oui, donc ça veut dire que TOUTE l'énergie thermique part dans le changement de phase, et pas dans l'élévation de température du caloporteur (c'est un peu idiot, autant utiliser les 2..., surtout avec de l'eau où le Cp n'est pas négligeable...)

hobb a écrit:
Comme il le dit dans sa thèse, la différence de pression est la force motrice de la vapeur le long du caloduc, donc si pas de différence de pression alors pas de déplacement de vapeur et donc pas de vitesse : si delta pression = 0 alors V=0, donc j'en déduit qu'il y a bien une relation entre vitesse et pression, comme dans tout fluide compressible en écoulement dans un conduit. Isn't it ?

Là c'est un peu fouilli. Un gradient de pression induit une variation (temporelle) de la vitesse. Ca, c'est sur. Si les pertes de charges est "juste" contrebalancé par une surpression au niveau de l'échangeur, le fluide ne se mettra pas en mouvement, sauf s'il y a une pompe : il vient de là votre gradient de pression.

Tigrobze a écrit:
ça dépend, mais plutôt non dans les caloducs. Si la vitesse de l'écoulement est très inférieure à la vitesse du son dans le fluide, ça marche. Mais sinon, pas de Bernoulli en fluide compressible. Dans le cas des caloducs, on est parfois proche de la vitesse du son, et c'est ce qu'il appelle la limite sonique :.

Oui pour de faible dilatation. Dans le cas diphasique, la loi d'état classique ne fonctionne pas, et dans le cas supersonique on entre dans le compressible "fort". Là oui Bernouilli est largué. Mais atteindre la vitesse du son dans un caloduc, mauvaise idée... même si celle-ci est très faible dans certains cas diphasiques.

Tigrobze a écrit:
Je voulais savoir au bout de combien de temps une quantité non négligeable (10% par exemple) de molécule d'eau traversait la paroi de cuivre.

Par diffusion moléculaire à travers le métal ? Ca existe, mais pour des molécules aussi grosses que de l'eau à travers un métal, ça doit se compter en des temps très, très longs...

Tigrobze a écrit:

AcideMatt a écrit:Je laisse Hobb te répondre. Je te rappelle une simple chose au passage au sujet de ta remarque sur Bernouilli : ce n'est pas parce qu'un fluide est aisément compressible que son écoulement l'est systématiquement, surtout si les vitesses en jeu sont faible devant celle du son (donc devant la vitesse de l'information équilibrant les pressions).

Tu veux parler de la viscosité d'un fluide réel et de l'énergie ("information équilibrant les pressions") qui remonte l'écoulement pouvant ainsi freiner le fluide ? Et que ces 2 facteurs sont imposants quand la vitesse du fluide compressible est lente ?

Non. Un gaz parfait ayant partout un nombre de Mach faible (typiquement inférieur à 0.3) a un écoulement incompressible (i.e. une particule fluide garde la même densité durant sa vie dans l'écoulement).

Tigrobze a écrit:
Tu veux parler de la viscosité d'un fluide réel et de l'énergie ("information équilibrant les pressions") qui remonte l'écoulement pouvant ainsi freiner le fluide ? Et que ces 2 facteurs sont imposants quand la vitesse du fluide compressible est lente ?

Non, vous mélangez deux choses sans rapport. L'information équilibrant les pression, c'est la propagation acoustique (des ondes de pression donc, qui vont à la vitesse du son). Pas de viscosité dans cette histoire, d'ailleurs les équations d'Euler ont cette propriété alors que la viscosité n'intervient pas dedans.

Je pense qu'il faudrait que vous lisiez un cours de méca flu assez "basique"...ça vous éclaircirait les idées

AcideMatt a écrit:
Non. Un gaz parfait ayant partout un nombre de Mach faible (typiquement inférieur à 0.3) a un écoulement incompressible (i.e. une particule fluide garde la même densité durant sa vie dans l'écoulement).

Tout à fait.

A noter que dans les écoulements diphasiques, la vitesse du son s'éffondre dans certains cas pour atteindre ~ 50 m/s, du coup le Mach 0.3 peut être rapidement atteint ;-)

hobb a écrit:Oui, donc ça veut dire que TOUTE l'énergie thermique part dans le changement de phase, et pas dans l'élévation de température du caloporteur (c'est un peu idiot, autant utiliser les 2..., surtout avec de l'eau où le Cp n'est pas négligeable...)

Avec 5 K d'élévation de température pour l'eau liquide ça donne 21 kJ/kg ; pour l'évaporation à 0,15 bar on a 2470 kJ/kg. 0,85%. Perso je dirai que le Cp de l'eau liquide est négligeable par rapport à l'enthalpie d'évaporation.

hobb a écrit:Là c'est un peu fouilli. Un gradient de pression induit une variation (temporelle) de la vitesse. Ca, c'est sur. Si les pertes de charges est "juste" contrebalancé par une surpression au niveau de l'échangeur, le fluide ne se mettra pas en mouvement, sauf s'il y a une pompe : il  vient de là votre gradient de pression.

On ne dit pas que c'est fouilli juste parce que ça n'a pas l'apparence des cours de votre prof de mécaflux, ou parce qu'on a pas compris. Puisque vous confirmez qu'il y a une relation entre gradient de pression et vitesse (qui n'a rien de temporelle puisqu'on est en régime permanent), je ne vois pas pourquoi rajouter le blabla sur le besoin d'une pompe si la différence de pression engendrée est parfaitement égale aux pertes de charges. Dans un caloduc, la "pompe" qui "pousse" est l'évaporation de l'eau, c'est clair et c'est bien dit dans la thèse.

hobb a écrit:
Par diffusion moléculaire à travers le métal ? Ca existe, mais pour des molécules aussi grosses que de l'eau à travers un métal, ça doit se compter en des temps très, très longs...

Très, très longs, comme quand on attend que windob configure certaines mise à jour ? ou en centaines d'années ?...
D'ailleurs, je me suis dit après mon message que c'est plutôt l'air qui entrerait dans le caloduc puisque la pression extérieure est supérieure à celle dans le caloduc. Bon c'est vrai qu'il y aussi une différence de pression hygrométrique qui là joue de l'intérieur vers l'extérieur... Encore une question sans réponse.

Tigrobze a écrit:

hobb a écrit:Oui, donc ça veut dire que TOUTE l'énergie thermique part dans le changement de phase, et pas dans l'élévation de température du caloporteur (c'est un peu idiot, autant utiliser les 2..., surtout avec de l'eau où le Cp n'est pas négligeable...)

Avec 5 K d'élévation de température pour l'eau liquide ça donne 21 kJ/kg ; pour l'évaporation à 0,15 bar on a 2470 kJ/kg. 0,85%. Perso je dirai que le Cp de l'eau liquide est négligeable par rapport à l'enthalpie d'évaporation.

En général on ne se limite pas à 5°C d'élévation de température...

Tigrobze a écrit:
On ne dit pas que c'est fouilli juste parce que ça n'a pas l'apparence des cours de votre prof de mécaflux, ou parce qu'on a pas compris.

Ca n'a rien à voir avec le fait que ça ait l'apparence ou pas des cours de "mon prof de mécaflux" (c'est quoi cet argument àlakon ?), c'est que vous mélangez des notions qu phénoménologiquement ne sont pas la même chose.

Tigrobze a écrit:
Puisque vous confirmez qu'il y a une relation entre gradient de pression et vitesse (qui n'a rien de temporelle puisqu'on est en régime permanent),

Si je dis ça c'est qu'il y a une raison. la pression pour un gaz n'intervient sur la vitesse QUE par son gradient, et sur la dérivée temporelle de la vitesse. Point. Et si vous êtes en régime permanent, c'est que la somme des termes de l'évolution temporelle de la vitesse est nulle, donc que le gradient de pression s'équilibre avec la visco et le transport de la QDM (et le terme de forçage, par exemple une pompe ou bien la gravité).

Tigrobze a écrit:
je ne vois pas pourquoi rajouter le blabla sur le besoin d'une pompe si la différence de pression engendrée est parfaitement égale aux pertes de charges.

C'est vous qui amenez cette notion de perte de charge, légitimement. Si perte de charge il y a, c'est nécessairement contrebalancé par un apport énergétique. Ca peut très bien être de la convection naturelle, mais généralement c'est une pompe. Si vous êtes en permanent, il n'y a pas d'évolution temporelle, reprenez l'équation de NS sur la QDM et vous en déduisez que Archimède + pompe + transport de la QDM + gradient de pression = 0. Si j'introduis cette notion de pompe ce n'est pas pour rien.

Tigrobze a écrit:
Dans un caloduc, la "pompe" qui "pousse" est l'évaporation de l'eau, c'est clair et c'est bien dit dans la thèse.

Dépend des calloducs : en convection naturelle ou forcée ?
Et dans le cas de convection naturelle, ce qui pousse est donc Archimède, cf ce que j'ai dit précédemment.

hobb a écrit:Non, vous mélangez deux choses sans rapport. L'information équilibrant les pression, c'est la propagation acoustique (des ondes de pression donc, qui vont à la vitesse du son). Pas de viscosité dans cette histoire, d'ailleurs les équations d'Euler ont cette propriété alors que la viscosité n'intervient pas dedans.

Je ne mélange pas 2 choses sans rapport   Je parle de 2 choses qui peuvent se produire simultanément dans un écoulement de fluide.

hobb a écrit:Je pense qu'il faudrait que vous lisiez un cours de méca flu assez "basique"...ça vous éclaircirait les idées

Je pense que vous n'avez pas retenu ou lu le passage sur mes formations ; d'ailleurs quelles sont les votre ?
Et je pense que, peu importe votre statut/titre/profession/distinction/autres, vous gagneriez à moins prendre les gens de haut et à être plus sympathique. Prenez exemple sur AcideMatt

Tigrobze a écrit:
Je ne mélange pas 2 choses sans rapport   Je parle de 2 choses qui peuvent se produire simultanément dans un écoulement de fluide.

Oui, mais la "remontée d'information" n'a rien à voir avec la viscosité. Ce n'est pas parce que deux phénomènes existent qu'elles ont un lien...

Tigrobze a écrit:Je pense que vous n'avez pas retenu ou lu le passage sur mes formations ; d'ailleurs quelles sont les votre ?

J'ai horreur des arguments d'autorité. Si mes explications ne vous conviennent pas très bien, dites le moi et débrouillez-vous, c'est tout.

Tigrobze a écrit:Et je pense que, peu importe votre statut/titre/profession/distinction/autres, vous gagneriez à moins prendre les gens de haut et à être plus sympathique. Prenez exemple sur AcideMatt

Si vous ne pouvez pas entendre qu'à un moment il faut mettre la tête dans les cours pour maîtriser les bases d'un domaine aussi complexe, c'est soit :
- manquer d'humilité
- rester aux bases, mais dans ce cas on ne prétend pas comprendre une thèse sur le sujet

Tigrobze a écrit:Prenez exemple sur AcideMatt

qui justement vous a dit exactement la même chose qu moi, mais au moins vous ne le lui avez pas reproché.

Ohlala le reloud qui croit argumenter de manière pertinente... Je ne vais pas perdre plus de temps avec vous Hobb

Très bien.

Pour le moment tout ce qu'on a dit est niveau L2, peut-être L3 (et encore, on ne parle que phénoménologie), on peut attaquer beaucoup plus haut si vous voulez, mais si vous ne maîtrisez pas parfaitement la phénoménologie, ça sera inutile, et ça restera du blabla. Vous n'avez manifestement clairement pas le niveau pour comprendre en détail ce genre de truc, mais si vous ne voulez pas l'entendre, à votre convenance, ce n'est pas ça qui changera quoique ce soit pour moi.

bye.

.