Isolation des tuyaux ==================== Utilisation ----------- .. image:: ../images/001_heat_transfer_pipe_insulation.png :alt: Pipe Insulation Analysis :width: 600px :align: center .. code-block:: python from HeatTransfer import PipeInsulationAnalysis # Créer un objet d'analyse d'isolation de tuyau pipe = PipeInsulationAnalysis.Object( fluid='water', T_fluid=70, F_m3h=20, DN=80, L_tube=500, material='Acier', insulation='laine minérale', insulation_thickness=0.04, Tamb=20 ) # Calculer les déperditions pipe.calculate() # Afficher les résultats print(f"Déperditions totales: {pipe.q_total:.2f} W") print(f"Température de surface: {pipe.Tc:.2f} °C") print(pipe.df) Résultats :: Déperditions totales: 8050.03 W Température de surface: 28.87 °C 0 Fluid water Regime turbulent T_fluid (°C) 70 v (m/s) 1.080789 F_m3h (m3/h) 20 DN 80.0 di (m) 0.0809 de (m) 0.0889 L_tube (m) 500 Material Acier Insulation laine minérale Insulation Thickness (m) 0.04 Emissivity 0.01 Tamb (°C) 20 Humidity (%) 40 Flow Regime turbulent Tc (°C) 28.868999 Tf (°C) 24.434499 Outer Diameter with Insulation (m) 0.1689 Prandtl Number (Pr) 2.562899 External Surface Area (m²) 265.307276 Rayleigh Number 4226671.100079 Nusselt Number 21.942496 Average Heat Transfer Coefficient (W/m².K) 3.361376 Convective Heat Transfer (W) 7909.350594 Radiative Heat Transfer (W) 140.67688 Total Heat Transfer (W) 8050.027474 Convective Resistance (K/W) 0.001121 Radiative Resistance (K/W) 0.063045 Equivalent Resistance (K/W) 0.001102 Internal Surface Area (m²) 127.077315 Reynolds Number (Re_fluid) 211849.962282 velocity (m/s) 1.080789 Nusselt Number (self.Nu_fluid) 611.002747 Heat Transfer Coefficient (self.h_fluid) 4982.869046 Internal Convective Resistance (K/W) 0.000002 Internal Wall Temperature (°C) 69.987287 External Wall Temperature (°C) 69.982454 Insulation Temperature (°C) 28.868999 Conductive Resistance of Bare Tube (K/W) 0.000001 Le calcul retourne : - **Déperditions thermiques totales** (``q_total``) [W] - **Température de surface externe** (``Tc``) [°C] - **DataFrame détaillé** incluant : - Propriétés du fluide (viscosité, conductivité, densité, Cp) - Régime d'écoulement (laminaire/turbulent) - Nombres adimensionnels (Reynolds, Prandtl, Nusselt, Rayleigh) - Coefficients de transfert thermique [W/m²·K] - Résistances thermiques [K/W] - Températures aux interfaces [°C] - Déperditions par convection et rayonnement [W] Paramètres possibles -------------------- **Matériaux de tuyau disponibles (material)** : - ``'Cuivre'`` (λ = 380 W/m·K) - ``'Plomb'`` (λ = 35 W/m·K) - ``'Acier'`` (λ = 50 W/m·K) - ``'Aluminium 99%'`` (λ = 160 W/m·K) - ``'Fonte'`` (λ = 50 W/m·K) - ``'Zinc'`` (λ = 110 W/m·K) **Matériaux d'isolation disponibles (insulation)** : - ``'aucun isolant'`` (λ = 0 W/m·K) - ``'laine minérale'`` (λ = 0.04 W/m·K) - ``'polyuréthanne PUR'`` (λ = 0.03 W/m·K) - ``'polystyrène'`` (λ = 0.036 W/m·K) - ``'polyéthylène'`` (λ = 0.038 W/m·K) - ``'Liège (ICB)'`` (λ = 0.05 W/m·K) - ``'Laine minérale (MW)'`` (λ = 0.045 W/m·K) - ``'Polystyrène expansé (EPS)'`` (λ = 0.045 W/m·K) - ``'Polyéthylène extrudé (PEF)'`` (λ = 0.045 W/m·K) - ``'Mousse phénolique – revêtu (PF)'`` (λ = 0.045 W/m·K) - ``'Polyuréthane – revêtu (PUR/PIR)'`` (λ = 0.035 W/m·K) - ``'Polystyrène extrudé (XPS)'`` (λ = 0.04 W/m·K) - ``'Verre cellulaire (CG)'`` (λ = 0.055 W/m·K) - ``'Perlite (EPB)'`` (λ = 0.06 W/m·K) - ``'Vermiculite'`` (λ = 0.065 W/m·K) - ``'Vermiculite expansée (panneaux)'`` (λ = 0.09 W/m·K) **Diamètres nominaux (DN) disponibles** : DN de 6 à 1050 mm (voir table complète dans le code source) Analyse paramétrique de l'épaisseur d'isolant ---------------------------------------------- .. code-block:: python import matplotlib.pyplot as plt from HeatTransfer import PipeInsulationAnalysis # Simulation de l'effet de l'épaisseur d'isolation sur les déperditions insulation_thicknesses = [0.0001 + 0.005 * i for i in range(41)] # Épaisseurs de 0.0001m à 0.2001m heat_losses = [] surface_temperatures = [] for thickness in insulation_thicknesses: pipe = PipeInsulationAnalysis.Object( fluid='water', T_fluid=70, F_m3h=20, DN=80, L_tube=500, material='Acier', insulation='laine minérale', insulation_thickness=thickness, Tamb=20 ) pipe.calculate() heat_losses.append(pipe.q_total) surface_temperatures.append(pipe.Tc) # Tracer les résultats fig, ax1 = plt.subplots(figsize=(10, 6)) color = 'tab:blue' ax1.set_xlabel('Épaisseur d\'isolation (m)') ax1.set_ylabel('Déperditions thermiques (W)', color=color) ax1.plot(insulation_thicknesses, heat_losses, marker='o', color=color, label='Déperditions (W)') ax1.tick_params(axis='y', labelcolor=color) ax2 = ax1.twinx() # Créer un second axe y partageant le même axe x color = 'tab:red' ax2.set_ylabel('Température de surface (°C)', color=color) ax2.plot(insulation_thicknesses, surface_temperatures, marker='x', color=color, label='Température de surface (°C)') ax2.tick_params(axis='y', labelcolor=color) fig.tight_layout() plt.title('Effet de l\'épaisseur d\'isolation sur les déperditions et la température de surface') plt.grid(True) plt.show() .. image:: ../images/001_heat_transfer_pipe_evolution.png :alt: Analyse paramétrique de l'épaisseur d'isolation :width: 800px :align: center Explication du modèle ---------------------- Ce modèle calcule les déperditions thermiques d'un tuyau isolé transportant un fluide chaud ou froid. Le calcul prend en compte : 1. **Convection interne** : Transfert entre le fluide et la paroi interne du tuyau 2. **Conduction dans le tuyau** : Transfert à travers la paroi métallique 3. **Conduction dans l'isolant** : Transfert à travers l'isolation 4. **Convection externe** : Transfert entre la surface et l'air ambiant (convection naturelle) 5. **Rayonnement** : Émission thermique vers l'environnement Le modèle détermine automatiquement : - Le régime d'écoulement (laminaire ou turbulent) - Les propriétés thermophysiques du fluide via CoolProp - Les coefficients de transfert thermique appropriés - La température de surface par itération (équilibre thermique)