La simulation numérique pour tester plusieurs alternatives de conception en un temps réduit
Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de transférer de l’énergie thermique d’un fluide vers un autre, sans les mélanger.
Le flux thermique traverse la surface d’échange qui sépare les fluides. La plupart du temps, on utilise cette méthode pour refroidir ou réchauffer un liquide ou un gaz qu’il est difficile, voire impossible de refroidir ou chauffer directement. C’est le cas par exemple de l’eau d’un circuit primaire de refroidissement d’une centrale nucléaire.
Prenons l’exemple d’un échangeur à faisceau tubulaire horizontal. Cet échangeur est constitué d’un faisceau de tubes disposés à l’intérieur d’une enveloppe appelée calandre. L’un des fluides circule à l’intérieur des tubes et l’autre à l’intérieur de la calandre, autour des tubes. On ajoute en général des chicanes dans la calandre, qui jouent le rôle de promoteurs de turbulence et améliorent le transfert à l’extérieur des tubes.
Le mode de calcul / dimensionnement :
Dans les cas simples (ou pour des échangeurs classiques), des calculs analytiques sur la base des coefficients d’échanges sont en général suffisants. Des outils et corrélations spécifiques existent. Pour les échangeurs moins classiques, mettant en œuvre des fluides particuliers ou bien des géométries moins fréquentes pour des raisons d’encombrement, le pré dimensionnement est bien moins aisé et nécessite une simulation thermique.
Le module de thermo-fluidique « SOLIDWORKS Flow Simulation » permet d’évaluer les performances d’un tel échangeur avant de l’avoir conçu.
A partir de la géométrie CAO dessinée sous SOLIDWORKS, il est en effet possible de faire circuler des fluides différents (par leur nature et leur température) dans leur circuit respectif. On obtient alors les températures de sortie de chacun des fluides et donc les performances de l’échangeur avant même le moindre prototype physique.
Solveur lors d’une analyse sur un échangeur thermique
Reconnaissance automatique du sous-domaine
SOLIDWORKS Flow Simulation évalue les performances de l’échangeur
L’autre intérêt de SOLIDWORKS Flow Simulation est la possibilité de tester plusieurs alternatives de conception en un temps réduit.
On peut ainsi modifier le nombre de tubes et de chicanes, ou tout ce qui va influencer la façon dont les fluides vont circuler et donc affecter les performances de l’échangeur. Il suffit pour cela de modifier une cote SOLIDWORKS (ou le nombre de répétitions) et de relancer l’étude, la simulation restant associative à la géométrie. Il n’est donc pas nécessaire de tout recommencer pour chaque modification de conception.
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