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Soutenance de Noureddine MENECEUR

République Algérienne Démocratique Et Populaire

Ministère De L’enseignement Supérieur Et De La Recherche Scientifique

Université 20 août 1955- Skikda

Faculté De Technologie

Département génie Mécanique

 

Thèse présentée par Noureddine MENECEUR  en vue de l’obtention du diplôme de Doctorat en sciences En Génie mécanique, spécialité: Maintenance Industrielle

 

Thème: Etude expérimentale et modélisation des échanges de chaleur et de masse au sien d’une tour de refroidissement atmosphérique

 

Soutenue publiquement le   **/**/****

Devant le jury composé de :

Président         :

Lakhdar KHOCHMANE

Prof. Université 20 Août 1955, Skikda

Rapporteur   :

Kamel KHOUNFAIS

MCA. Université 20 Août 1955, Skikda

Examinateurs :

Fateh MEBAREK -OUDINA

MCA. Université 20 Août 1955, Skikda

 

Hocine BEN MOUSSA

Prof. Université de Batna

 

Lyes BORDJA

MCA. Université d’Oum El-Bouaghi

 

Djillani BEN ATTOUS

Prof.   Université d’EL-Oued

Invité  :

Salim BOULAHROUZ

MCB. Université de Khenchla

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Résumé en arabe, français & anglais:

Abstract

 

 

The presented work in this thesis interested on the experimental and numerical analysis of heat exchange and mass exchange phenomena in an atmospheric cooling tower.

 

Various experiments were carried out on a cooling tower prototype device in the laboratory. The aim of these experiments is to show on the one hand, the influence of operating parameters (such as: the water mass-flow rate, the air mass-flow rate, heat water temperature and the fresh air temperature) on the tower thermal performance. On the other hand, it is possible to determine the optimal values of these parameters, which give the best thermal performances.

 

Two mathematical models were used in this study, to simulate the temperature distribution in the packing zone, and to calculate the tower thermal performance, in addition to estimate the water rateconsumption, the evaluation of water amount lost by evaporation, and the determination of the tower operating characteristics under stable operating conditions.

 

The numerical resolution of both models is concluded by means of simple iterative methods, where we have developed a computer program in the MATLAB® environment, to be used to solve these models numerically. This program is based on experimental test data, thus on the prototype characteristics of the tower that have been used in the laboratory.

 

The obtained results have been discussed and analyzed. The validation of these simulation results against of the experiments results carried out showed a perfect agreement with a maximum error of 5%, which gives more credibility to the obtained simulation results, and by consequence, we affirm that the mathematical models used for the calculationthe influence of certain parameters on the tower thermal performance represented the real operating situation.

 

Key words: cooling tower, packing, modeling, heat and mass transfer.

  

Résumé

 

 

Le travail présenté dans cette thèse s’intéresse à l’analyse expérimentale et numérique des phénomènes d’échanges de chaleur et de masse au sein d’une tour de refroidissementatmosphérique.

 

     Diverses expérimentations ont été menées sur un dispositif de prototype d’une tour de refroidissement au laboratoire. Le but de ces expérimentations est de montrer d’une part l’influence des paramètres de fonctionnement (tels que le débit massique de l’eau, le débit massique de l’air, la température de l’eau chaud et la température de l'air frais) sur les performances thermique de la tour. De l’autre part c’est pouvoir déterminer les valeurs optimales de ces paramètres qui donnent les meilleures performances thermiques.

 

     Deux modèles mathématiques ont été utilisés dans cette étude, permettant de simuler la distribution de la température dans la zone de garnissage, et de calculer les performances thermiques de la tour, outre l’estimation de débit de consommation d’eau, l’évaluation de la quantité d’eau perdue par évaporation, et la déterminationdes caractéristiques de bon fonctionnement de la tour dans des conditions d’opération stables.

 

La résolution numérique des deux modèles est achevée aux moyensdes méthodes itératives simples, où nous avons développé un programme de calcul informatique dans l'environnement MATLAB®, afin d’être utilisé pourrésoudre numériquement ces modèles. Ce programme basé sur les données des essais expérimentaux,ainsi sur les caractéristiques du prototype de la tour qui ont été utilisées au laboratoire.

 

Les résultats obtenus ont été discutés et analysés. La validation de ces résultats de simulation contre les résultats des expérimentations réalisées a montré un parfait accord avec une erreur maximale de 5%, ce qui octroie plus de crédibilité aux résultats de simulation obtenus, et par conséquences on affirme que les modèles mathématiques utilisés pour le calcul del’influence de certains paramètres sur les performances thermiques de la tour représentaient la situationréelle de fonctionnement.

 

Mots clés : tour de refroidissement, garnissage, modélisation, transfert de chaleur et de masse.

 

 

 الملخص

 

 

         يركز العمل المعروض في هذه الأطروحة على التحليل العددي والتجريبي لظاهرتي التبادل الحراري والكتلي في برج التبريد الجوي. لقد أجريت تجارب مختلفة على جهاز برج تبريد مصغر المتاح في مخبر التحول الحراريبجامعة 8 ماي 1945 بقالمة. الهدف الرئيسي من هذه التجارب هو إظهار تأثير معلمات التشغيل (مثل: معدل التدفق الكتليللماء، ومعدل التدفقالكتلي الهواء، ودرجة حرارة الماء البارد ودرجة حرارة الهواء البارد) على الأداء الحراري للبرج.

 

        في هذا العمل تم استخدام نموذجين رياضيين يسمحان بمحاكاة توزيع درجة الحرارة في منطقة التعبئة وحساب الأداء الحراري للبرج وكذلك تقدير معدل استهلاك الماء وتقييم كمية الماء المفقودة عن طريق التبخر وتحديد الخصائص التشغيلية للبرج في ظروف التشغيل المستقرة.

 

           الحل العددي لكلا النموذجين يتم بواسطةطرق عدديةبأساليب تكرارية بسيطة، حيث قمنا بتطوير برنامج في الكمبيوتر بلغة الماتلابMATLAB®، لاستخدامه في حل ومحاكاة هذه النماذج عدديا. ويستند هذا البرنامج على معطيات وكذلكخصائص برج التبريد التجريبي الذي تم استخدامه في المخبر.

 

         قد تم تفسير وتحليل النتائج المتحصل عليها. وأظهرت المقارنة بين النتائج النظرية والتجريبية التي تم الحصول عليها اتفاقمثاليبخطأ نسبي أقصى يقدر ب 5٪، مما يعطي مصداقية أكثر لنتائج المحاكاة التي تم الحصول عليها. ولذلك، يمكننا أن نستنتجمن خلال ذلك أن النماذج الرياضية المستخدمة لحساب تأثير بعض المعلمات على الأداء الحراري للبرج يمكن أن تصف بدقة حالة التشغيل الفعلية.

 

 

 

الكلمات المفتاحية:

 

برج التبريد، نقلالحرارة ونقل الكتلة، النمذجة، التعبئة، التجارب

 

 

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