Le rendement global d'une chaudière se calcule à partir d'un simple bilan énergétique et s'accorde en général bien avec la mesure. Ce qui fixe la durée de vie de la chaudière, en revanche, n'est pas le total mais le flux thermique local.
Pourquoi la répartition locale compte
- Surchauffe. Si la paroi d'un tube dépasse localement la température de conception, l'endommagement par fluage commence ; le bilan global ne le montre pas.
- Encrassement et formation de laitier. Les cendres adhèrent aux surfaces dans une plage de température particulière. L'endroit où elles s'accumulent est fixé par la répartition locale de température.
- Corrosion. Dans les zones réductrices, la composition du gaz près de la paroi accélère la corrosion, et cela aussi est local.
- Contraintes thermiques. Les contraintes naissent entre des régions qui se dilatent différemment. Voir la note sur le transfert vers l'analyse structurale.
Le rayonnement est le mécanisme dominant
Aux températures de chaudière, la plus grande part de la chaleur qui atteint la paroi est transportée par rayonnement, et les produits de combustion forment un milieu participant. La précision de la répartition du flux thermique à la paroi dépend directement de la précision du modèle de rayonnement et des propriétés du gaz [1]. Voir la note sur le rayonnement.
Avec les combustibles solides, le rayonnement des particules doit également être inclus ; les particules de suie et de cendres modifient nettement le bilan radiatif.
Une dimension de plus dans les réacteurs
Dans les réacteurs chimiques, la répartition de température n'est pas seulement une question de tenue mécanique mais de sélectivité : aux points chauds, les réactions secondaires indésirables s'accélèrent et la qualité du produit baisse. Dans les systèmes à potentiel d'emballement, la température de pic locale est directement un critère de sécurité.
Dans les lits fixes, la distribution de l'écoulement est déformée par l'effet de paroi — la porosité est plus élevée près de la paroi et l'écoulement s'y échappe. Cela agit à la fois sur la conversion et sur le transfert thermique, et doit être pris en compte dans le modèle de milieu poreux.
Références
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.
- Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48(2), 89–94.