Simulation numérique de l’évaporation des alcools sous forme de film turbulent en présence d’un écoulement d’air dans un tube vertical

Abstract

Nous avons procédé à la simulation numérique de l’évaporation d’un film liquide d’éthanol ou de méthanol s’écoulant sur la paroi interne d’un tube d’évaporateur à film ruisselant. Un jet d’air est véhiculé dans le sens descendant dans le but de favoriser l’évaporation. La paroi du tube est soit maintenue adiabatique dans ce cas on s’intéresse à l’étude du refroidissement d’un film liquide causé par l’évaporation partielle de celui-ci en convection mixte. Soit elle est soumise à un flux de chaleur constant et uniforme. Nous avons, d’abord, procédé à la détermination des conditions optimales de l’évaporation pour l’éthanol et le méthanol dans chaque cas. Ensuite, nous avons effectué une étude comparative par rapport à l’eau. Les équations qui régissent les transferts thermiques et massiques ainsi que les conditions aux limites qui leur sont associées sont discrétisés à l’aide d’une méthode aux différences finies implicite. Les systèmes d’équations algébriques obtenues sont résolus à l’aide de l’algorithme de Thomas. Les résultats montrent qu’une faible proportion du fluide chaud introduit dans un tube à paroi externe adiabatique, permet d’évacuer partiellement l’énergie emmagasinée par le liquide entraînant son refroidissement. La nature du fluide joue un rôle important sur les transferts de chaleur et de masse occasionnés entre le film liquide et le gaz. Ainsi, le fluide le plus volatil présente un meilleur refroidissement. L’étude paramétrique a montré que le refroidissement est amélioré quand le débit liquide est faible, la température d’entrée de film élevée et le débit de l’air important. La récupération énergétique est rendue possible grâce à l’évaporation partielle d’un fluide volatil. Une quantité conséquente d’énergie fournie par la paroi peut être récupérée moyennant l’évaporation d’une faible proportion de méthanol ou d’éthanol. Un faible débit liquide, une température d’entrée de film élevée et un nombre de Reynolds gazeux important sont considérés comme des conditions d’exploitation favorables à la récupération énergétique par les alcools.