Engineering
Tour de refroidissement
Refroidissez l’eau du condenseur d’une installation en la faisant ruisseler à travers le garnissage, à contre-courant de l’air que le ventilateur aspire vers le haut. Changez la charge thermique, le ventilateur et la météo : l’eau ne descend jamais sous la température humide de l’air, et par une journée froide et humide un panache de brouillard s’élève au-dessus de la tour.
Ce qui se passe
Une cellule de 3 × 3 m dotée de 1,2 m de garnissage refroidit l’eau du condenseur d’une installation. L’eau tombe à travers le garnissage et le ventilateur y aspire l’air vers le haut ; dans chacune des douze couches, l’air tend vers l’état de la surface de l’eau : son humidité absolue tend vers l’humidité de saturation à la température de l’eau avec les unités de transfert h_d·a·V/q_a (q_a et q_w sont les débits massiques d’air et d’eau), et sa température vers celle de l’eau avec, en plus, le facteur de Lewis de 0,92. L’essentiel de la chaleur sert à évaporer un peu d’eau ; ce que l’air gagne en enthalpie, l’eau le perd. L’air qui quitte une couche sursaturé condense l’excédent en brouillard. Le bassin sous le garnissage mélange l’eau refroidie avec de l’eau d’appoint fraîche et la renvoie au condenseur.
Avec 600 kW sur 15 kg/s et un air à 25 °C et 50 % (température humide 17,9 °C), le bassin se stabilise à 24,2 °C : l’eau est refroidie d’un écart de 9,4 K jusqu’à une approche de 6,5 K au-dessus de la température humide, et 0,22 kg/s s’évaporent – 0,15 % du débit par kelvin d’écart. Une charge double porte le bassin à 27,1 °C. Un air plus sec refroidit davantage : à 15 %, la sortie du garnissage descend de 25,5 à 23,0 °C, tandis que deux fois moins d’air la fait monter à 29,3 °C. Par une journée froide et humide, à 5 °C et 80 %, l’air sort à 22,4 °C, saturé et chargé de 1,07 g de brouillard par kilogramme – c’est le panache ; le bassin se stabilise à 16,1 °C.
Modèle : douze couches à contre-courant, résolues par la méthode de tir depuis le bas ; pression de vapeur saturante de Buck ; un facteur de Lewis constant ; le coefficient de transfert 1,8·q_w^0,4·q_a^0,6 ; le bassin de 4 t comme une seule masse bien mélangée ; la puissance du ventilateur proportionnelle au cube de sa vitesse ; RK4 au pas de 1 s.
À essayer
Laissez le bassin se stabiliser, puis doublez la charge thermique ou ralentissez le ventilateur et regardez l’approche. Rendez l’air sec, puis froid et humide : le panache apparaît.
Équations du module
Équations w_out = w_s(T_w) − (w_s(T_w) − w)·e^(−NTU) T_out = T_w − (T_w − T_a)·e^(−Le·NTU) h = 1006·t + w·(2.501·10⁶ + 1860·t) q_w·c·ΔT_w = q_a·Δh
