Dans le contexte de pénuries énergétiques mondiales et de pressions croissantes pour la réduction des émissions de carbone, les condenseurs traditionnels à calandre et à tubes peinent à répondre à la demande urgente d'équipements d'échange thermique hautement efficaces et compacts dans l'ingénierie moderne en raison de leur faible efficacité de transfert de chaleur et de leur grande taille. Pour remédier à ce problème, l'amélioration de l'efficacité des équipements d'échange thermique est devenue une voie essentielle pour réduire la consommation d'énergie.

Une étude a systématiquement examiné la performance de transfert de chaleur par condensation de tubes horizontaux à double face améliorés 1 (E1 2 et E2 3). La recherche a utilisé le réfrigérant respectueux de l'environnement R134a dans des conditions de fonctionnement typiques avec une température de saturation de 40°C, en effectuant une comparaison systématique entre un tube lisse et deux types de tubes améliorés dotés d'ailettes externes dentelées et de micro-nervures hélicoïdales internes.

Les résultats ont non seulement validé les avantages significatifs des structures améliorées à double face pour améliorer l'efficacité du transfert de chaleur, mais ont également fourni des informations d'ingénierie cruciales pour l'optimisation de la conception des condenseurs, répondant directement au besoin urgent de l'industrie en technologies à haut rendement et économes en énergie.

Les résultats ont démontré que les surfaces améliorées ont considérablement augmenté la surface d'échange thermique effective et facilité le drainage rapide du condensat, permettant aux coefficients de transfert de chaleur par condensation des tubes E1 et E2 d'atteindre 11 à 14 fois ceux du tube lisse. Cela a considérablement réduit le volume du condenseur et la consommation de matériaux.

Des recherches supplémentaires ont révélé qu'une augmentation de la vitesse de l'eau de refroidissement sous une charge thermique constante pouvait amplifier davantage les avantages des tubes améliorés, bien que le taux d'amélioration ait ralenti à mesure que la vitesse augmentait. Lorsque le flux de chaleur externe dépassait environ 94 W*m⁻², le tube E1, avec sa plus grande hauteur d'ailette, a présenté une dégradation des performances plus significative en raison du film de condensat épaissi, tandis que le tube E2, avec sa hauteur d'ailette relativement plus petite, a démontré une robustesse supérieure dans des conditions de forte charge.

Ainsi, pour les applications ciblant des densités de flux de chaleur faibles à moyennes et recherchant une compacité extrême, le tube amélioré E1 avec une plus grande surface d'échange thermique peut être privilégié. Dans les scénarios avec des charges thermiques très fluctuantes ou des densités de flux de chaleur élevées, le tube E2, avec ses paramètres géométriques plus robustes, offre une fiabilité opérationnelle à long terme plus élevée.

Cette étude fournit des conseils directs pour l'optimisation structurelle et la sélection des matériaux des condenseurs de nouvelle génération à haut rendement et jette les bases expérimentales pour la conception couplée de réfrigérants respectueux de l'environnement et de surfaces améliorées complexes.

1. Tube horizontal à double face amélioré : Un tube en cuivre avec un traitement spécial sur ses parois extérieure et intérieure, conçu pour rendre la condensation plus rapide et plus efficace. Il est appelé "à double face amélioré" car il comporte des "dentelures externes et des rainures internes", et il est appelé "horizontal" car le tube est placé horizontalement.
2. Tube E1 : La paroi extérieure comporte 150 ailettes dentelées, chacune de 0,8 mm de haut et espacées de 0,57 mm ; la paroi intérieure est gravée de 75 micro-nervures hélicoïdales, chacune de 0,26 mm de haut et à un angle de 40°.
3. Tube E2 : Les ailettes de la paroi extérieure sont légèrement plus courtes (0,79 mm), plus densément espacées (0,55 mm) et moins nombreuses (100) ; la paroi intérieure comporte des nervures hélicoïdales plus hautes (0,42 mm) et à un angle plus grand (45°), mais seulement 38 au total.