0096-3ACh6. Transfert de chaleur dans le serpentin d’un ballon d’eau chaude

On se propose ici de calculer la quantité de chaleur transmise par un bruleur à l’eau qui se déplace de manière forcée dans le serpentin d’un ballon d’eau chaude (voir figure ci-dessous). Le tube (serpentin) a un diamètre intérieur D = 20 mm et une longueur totale de L = 4 m. Le débit massique d’eau est Qm = 0,28 kg.s-1 et sa température moyenne  Teau = 120°C. La température de la paroi interne de la conduite est supposée constante et égale à Tp = 95°C. Les caractéristique physiques de l’eau à 120°C sont les suivantes : ρ = 945,3 kg.m-3 ; μ = 2,34 . 10-4 kg.m-1.s-1 ; λ = 0,68 W.m-1.K-1  et cp = 4250 J.kg-1.K1.

Fig.: Fonctionnement d’un ballon d’eau chaude

1-) Déterminer le régime d’écoulement dans le serpentin.

2-) Calculer les nombres de Prandtl Pr et de Nusselt Nu.

3-) En déduire le coefficient d’échange par convection h entre la paroi de la conduite et l’eau.

4-) Quel est le flux de chaleur transmis à l’eau par le bruleur au travers de la paroi du tube ?

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