Caractérisation du transfert de masse et de chaleur dans un échangeur à contact direct

Direct contact heat transfer between a gas and a liquid involves the simultaneous transfer of both heat and mass. An application of this technology is the direct contact water heater, in which combustion gases are in contact with water in a packed column, to produce hot water for process needs, sanitary needs or space heating. A great advantage of the system is its capacity to recover not only the sensible heat but also a part of the latent heat content of the flue gas. The apparatus is really efficient when the gas exiting the contact zone is under the dew point of the flue gases (about 60°C). The design of this type of installation, mainly three packed columns, requires the characterisation of simultaneous heat and mass transfer occurring between gas and liquid in the columns. The main objective of this work is to simulate those transfers by the resolution of a mathematical model, which produces humidity and temperature profiles reflecting the situation in the direct contact zone.

Assessment of the model validity is achieved by comparison of simulated temperature and humidity profiles with experimental profiles. Experimental data are obtained from the condenser of a 220 kW WVP-direct contact water heater installation. The model is very interesting in a descriptive way but can not be used directly as a design tool. (Abstract shortened by UMI.)

Alternate abstract:

Le transfert de chaleur par contact direct entre un gaz et un liquide implique le transfert simultané de chaleur et de masse. Une application de cette technologie est le chauffe-eau à contact direct, dans lequel les gaz de combustion sont en contact avec l'eau dans une colonne à garnissage, pour produire de l'eau chaude pour les besoins du procédé, les besoins sanitaires ou le chauffage des locaux. Un grand avantage du système est sa capacité à récupérer non seulement la chaleur sensible mais aussi une partie de la chaleur latente des fumées. L'appareil est vraiment efficace lorsque le gaz sortant de la zone de contact est sous le point de rosée des fumées (environ 60°C). La conception de ce type d'installation, principalement à trois colonnes garnies, nécessite la caractérisation des transferts simultanés de chaleur et de masse se produisant entre le gaz et le liquide dans les colonnes. L'objectif principal de ce travail est de simuler ces transferts par la résolution d'un modèle mathématique, qui produit des profils d'humidité et de température reflétant la situation dans la zone de contact direct.

L'évaluation de la validité du modèle est obtenue en comparant les profils de température et d'humidité simulés avec les profils expérimentaux. Les données expérimentales sont obtenues à partir du condenseur d'une installation de chauffe-eau à contact direct WVP de 220 kW. Le modèle est très intéressant sur le plan descriptif mais ne peut pas être utilisé directement comme outil de conception. (Résumé abrégé par UMI.)