Présentation des résultats

Les simulations pour déterminer les différents paramètres ont été réalisées pour deux cas : avec et sans gravité. Nous pouvons ainsi comparer les différents résultats obtenus. De plus, pour simplifier la résolution, nous avons calculé ces paramètres pour seulement un seul tube.

 

Étude sur le réfrigérant

Titre x

Cette première courbe nous permet de vérifier l'évolution du titre le long de l'évaporateur. Une des conditions de bon fonctionnement de celui-ci est la disparition de la phase liquide en sa sortie. En effet, cette vapeur sera ensuite surchauffée avant de rayonner dans l'espace. Si du liquide est encore présent le compresseur ne pourra pas fonctionner correctement.

Ici, pour les deux cas, le réfrigérant est totalement sous forme de vapeur à la fin. La condition est dons remplie.

Dans le programme, la condition x=1 à été remplacée par x=0.99 : certaines équations contiennent des facteur 1/(1-x), ce qui peut entraîner différents problèmes de continuité et de validité des modèles. Au delà de 0.99, nous considérons le titre constant (la phase liquide est négligeable)

L'augmentation du titre correspond ici au passage du tube au niveau d'un composant, car l'évolution du titre signifie que le fluide passe de la phase liquide à celle de vapeur.

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Taux de vide

Maintenant que nous avons regardé l'évolution du titre, il peut être intéressant de la comparer à celle du taux de vide.

Comme précédemment, le taux de vide est limité à 0.99 pour éviter différents problèmes. L'ensemble sera considéré comme monophasique au-delà. De plus, les deux cas ont bien atteint la limite de 1 à la fin de l'évaporateur.

La différence entre les deux cas est ici flagrante. En effet, la gravité influence fortement l'écoulement dans les tubes, surtout celui de la phase liquide. Cette dernière est accélérée dans les tubes descendants, et ralentie dans les tubes ascendants. A cause de la conservation de débit, cela entraîne un changement d'épaisseur de la couche liquide, et donc du taux Rl : une augmentation pour les tubes ascendants, et une diminution pour ceux descendants. Il est donc normal que tout ceci influence le taux de vide : Rg = 1 - Rl . Il est donc normal que la courbe sans la gravité soit plus 'lisse', elle est seulement influencée par la présence de composants.

On peut observer cette alternance due à la gravité dans les vitesses des deux phases.

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Pression

Tout comme les données précédentes, la pression à l'intérieur des tubes est essentielle afin de calculer correctement la température des composants que nous avons à refroidir.

Les pertes de pression sont une composante importante de notre système. En effet, le réfrigérant reste à température de saturation, même quand la pression change : si celle-ci diminue, la température diminue également. Or la différence entre l'entrée et la sortie pour cette dernière ne doit pas excéder 1°C. Nous avons donc essayé de prendre en compte un certain nombre de phénomènes pour être le plus proche possible de la réalité. L'évolution de la pression de cette courbe comprend donc les pertes de charge dans les coudes.

Ici, les pertes de pression correspondent à une chute de la température de 5°C avec la gravité, et de 2°C sans. Cette différence est expliquée avec les pertes de charge supplémentaires dues aux frottements du liquide qu'entraîne la gravité. Lors du passage au cas monophasique, nous négligeons les pertes de charge dues au gaz.

On peut observer le même phénomène dans le cas avec gravité : des paliers sont présents, correspondant à un tube ascendant, ou un tube descendant.

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Approximation des pertes de pression

La courbe précédente peut être comparée à différentes approximation des pertes de charges : modèle de Lockhart & Martinelli, modèle d'Awad et modèle de Baroczy.

Pour les modèles de Lockhart et Martinelli et Awad, nous avons des résultats assez proches du cas sans gravité, ce qui est cohérent car ce terme n'intervient pas dans les modèles. De plus, l'écart de température correspondant est d'environ 1.6°C, ce qui confirme nos simulations avec un modèle plus précis (les pertes de charges dans les coudes n'ont pas été prises en compte dans ces approximations).

Le modèle de Baroczy ne donne pas de bons résultats. Cela est normal car ce modèle est normalement utilisé pour des cas où le débit est plus important.

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Température

La température a été calculée pour les trois modèles : Schrock & Grossman, Gunger & Winterton et Kandlikar. Ces résultats nous permettent d'analyser clairement l'influence (et son absence) de la gravité sur le système.

 

La température maximale des composants a été rajoutée afin de mieux situer les éventuels problèmes.

Globalement, les composants n'atteignent pas leur température critique. Cependant, localement, à la fin de l'évaporateur, dans le cas sans gravité, la température peut atteindre les 90°C (au lieu des 80°C supportés). Ce phénomène est expliqué par la limite que nous avons pris pour le taux de vide et le titre. Cette définition entraîne par la suite le début de la zone monophasique, et donc des changements de modèle, y compris pour la température. Cela revient à échauffer localement la température du gaz plus tôt, et donc plus longtemps, au lieu d'évaporer le peu de liquide qui reste.

De plus, à fort taux de vide, les modèles utilisés sont moins efficaces pour prédire le transfert thermique. En repoussant la limite et en affinant les modèles, nous arriverons à une meilleur prédiction de cette dernière température.

 

Les différentes simulations nous permettent donc de vérifier le bon fonctionnement d’un tel évaporateur. Il ne reste plus qu’à confirmer la théorie avec des essais au sol et de comparer les différents points. Notamment, une attention particulière pourra être apportée aux derniers composants pour vérifier que la température limite n’est pas atteinte.

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