Efficacité énergétique d’un échangeur chaotique en hélice

Le chauffage, ainsi que la production et le stockage d'eau chaude sanitaire, constituent une part importante des dépenses énergétiques des ménages. Parmi ces activités, la fonction de stockage joue un rôle central dans l’optimisation de la consommation d'énergie, en assurant un équilibre entre la disponibilité immédiate de l'eau chaude et les besoins fluctuants des utilisateurs. Face à ces enjeux, le développement d'éléments de stockage plus performants, durables et adaptés aux exigences actuelles devient une priorité pour l'industrie. Dans cette optique, l'objectif est de concevoir un système de stockage d'eau chaude sanitaire innovant, intégrant des performances énergétiques accrues, une utilisation raisonnée des matières premières, ainsi que des caractéristiques telles que la recyclabilité, l'auto-adaptabilité et l'intelligence opérationnelle afin de répondre aux besoins spécifiques des utilisateurs. Ce projet s'inscrit également dans une démarche d'économie circulaire, en envisageant dès la phase de conception des solutions pour prolonger la durée de vie du produit et faciliter son recyclage. Ce double défi d'innovation technique et de responsabilité environnementale répond aux impératifs actuels pour les industriels, qui doivent innover tout en anticipant les contraintes liées à l'utilisation durable des ressources.Dans le cadre de cette étude, un nouvel échangeur de chaleur, appelé échangeur chaotique en hélice (CHE), a été développé et étudié. Cet échangeur, conçu pour fonctionner dans un système de stockage d'eau chaude sanitaire, se distingue par ses caractéristiques géométriques spécifiques, visant à optimiser les performances thermiques grâce à des mécanismes avancés de transfert de chaleur. L'étude compare les performances de cet échangeur à celles d'un échangeur de chaleur hélicoïdal conventionnel, noté HHE, possédant une surface d'échange équivalente. L'analyse a été structurée autour de deux axes principaux : la performance thermique et hydraulique interne et la performance thermique externe et interaction avec l'environnement. Le premier axe explore l'influence de la création de l'advection chaotique sur le transfert de chaleur à l'intérieur de l'échangeur. La géométrie spécifique de CHE favorise la formation d'écoulements complexes qui intensifient le transfert thermique tout en maintenant les pertes de charge à des niveaux modérés. Ces résultats mettent en lumière les avantages de l'advection chaotique, un phénomène généré par la géométrie CHE, pour améliorer l'efficacité énergétique tout en limitant les contraintes hydrauliques. Le deuxième axe a porté sur l'analyse des échanges thermiques entre l'échangeur et son environnement extérieur, notamment par convection naturelle et la mise en évidence de l'impact de CHE sur la capacité à maintenir ou à améliorer la stratification thermique dans le réservoir d'eau chaude. La capacité de CHE à maintenir une distribution uniforme de la chaleur a été évaluée, révélant des performances nettement supérieures en termes de rétention thermique et de réduction des pertes. En […], cette étude démontre l'efficacité de l'échangeur CHE dans diverses conditions de fonctionnement. Sa capacité à améliorer les performances thermiques, à limiter les pertes de charge et à favoriser une interaction stable avec son environnement en fait une alternative prometteuse à la configuration conventionnelle actuelle utilisée par le partenaire industriel. Cette étude met en lumière le potentiel des innovations géométriques pour répondre aux défis énergétiques actuels. La géométrie CHE offre un compromis idéal entre intensification thermique, durabilité et optimisation des ressources. Les résultats obtenus confirment que cette approche pourrait constituer un point de départ vers le développement de systèmes de stockage d'eau chaude sanitaire à haute performance, répondant aux attentes des utilisateurs tout en s'inscrivant dans une démarche d'innovation responsable et durable.