Calcul du coefficient de transfert de chaleur pour le flux d'air chaud dans un conduit rectangulaire

Je travaille sur la modélisation du composant de réchauffeur d'air. Une représentation simplifiée du système est la suivante:

Le flux d'air froid pénètre dans le conduit en acier à une extrémité. Le conduit intérieur est un élément chauffant Calrod en forme d’ellipse. Les transferts de chaleur suivants se produisent simultanément: -

1. L'air gagne la chaleur de la surface du calord chauffé.
2. L'air échange également de la chaleur avec la surface interne du conduit.
3. L'élément Calrod émet de la chaleur vers la surface interne du conduit.
4. Le conduit perd de la chaleur par radiation, ainsi que par convection.

Le système est résolu en prenant des équations de bilan énergétique sur la masse d'air, la masse de la gaine et la masse de l'élément chauffant.

Ma question concerne la convection entre l'air et le conduit. Dans le modèle, j’ai considéré que l’ensemble du montage était constitué de 5 parties le long du conduit. Dans chaque partie, on prend l'équilibre thermique respectif sur l'air, le conduit et la masse de l'élément chauffé. Dans chaque partie, je considère l’air comme une masse forfaitaire. L'entrée d'air gagne de la chaleur de calrod et gagne un peu de température (ce qui serait dans le monde réel une température moyenne). Le problème survient lorsque cette température est utilisée pour le transfert par convection avec un conduit. Dans le processus réel, le flux d'air est suffisamment rapide (0,013 $ \ frac {m ^ 3} {sec} $) pour que l'air en contact avec l'élément chauffant n'atteigne pas la surface du conduit. Ainsi, l'air qui échange la chaleur avec la surface interne du conduit est à une température inférieure à la température moyenne de l'air. Cela donne des prévisions incorrectes de la température du conduit. Comment définir correctement $ \ Delta T $ pour l'échange de chaleur par convection avec un conduit?

Je pense que plusieurs problèmes se posent qui rendent le modèle peu précis. D'une manière ou d'une autre, ils sont tous liés à votre question sur la convection:

1. Diviser le flux en 5 morceaux distincts est un bon début, mais probablement pas un nombre suffisant. Continuez à augmenter le nombre de nœuds dans votre modèle jusqu'à ce que la réponse cesse de changer.

2. La prochaine chose à vérifier est le nombre de Reynold de votre flux et la longueur nécessaire pour devenir pleinement développé. Si votre flux est complètement développé sur la plus grande partie de la longueur, le coefficient de transfert de chaleur sera utile pour modéliser le problème que vous décrivez avec l'air qui ne touche pas le mur. Si le débit n'est pas complètement développé (ce que je suppose), le coefficient de transfert de chaleur ne fera pas un bon travail.

3. En général, vous devez tenir compte des résistances thermiques de haut niveau entre la bobine et la paroi du conduit. Comme l'air est un conducteur médiocre et une densité aussi faible, il constitue un médiocre moyen de transfert de chaleur. Puisque le coefficient de transfert de chaleur sur la surface du serpentin dans l'air sera similaire au coefficient de transfert de chaleur de l'air au conduit, la différence extrême de dT entre le serpentin et l'air et l'air et la paroi donnera un très grand à l'air et un très petit Q à la paroi du conduit de l'air. Il n'est pas impossible que l'air refroidisse réellement la paroi du conduit plutôt que de chauffer. Si vous calculez le coefficient de transfert de chaleur air-conduit, vous constaterez peut-être qu'il est tellement négligeable qu'il ne constitue probablement pas la source d'erreur dans votre modèle.

4. Sans chiffres, je ne peux pas vraiment dire avec certitude, mais j’imagine que l’air de votre modèle n’est en réalité pas le principal moyen de chauffage du serpentin au mur. Au lieu de cela, le rayonnement est dominant. Ainsi, je chercherais à améliorer la précision de ce calcul en premier si vous voulez prédire la température du mur. Par exemple, quelle émissivité utilisez-vous pour la paroi du conduit? Comment calculez-vous le facteur de vue entre le bord intérieur de la bobine et le mur? Etc.

J'espère que cela vous aide et que cela reste pertinent même de loin avec un an de retard.