SURFACE TOTALE

TOTAL

io3,7

io5,o

dy'^O

io,83

ia,69

9fi

3i,7 ai,9

MOYXmil

par met. car.

a9»îi 3i,4 43,09 43,0

403. Les dispositions à donner aux surfaces de chauffe, pour leur faire absorber la chaleur dans les meilleures conditions possibles, ont une grande importance, et des appareils de même étendue peuvent donner des résultats fort différents suivant le mode de circulation des fluides chauffants et chauffés. Étudions d^abord la circulation des fluides chauds. Considérons un cylindre horizontal MN (fig. a4i, 242), plein d'un fluide quelconque qu'il s'agit de chauffer au moyen des

gaz venant d'un foyer, et disposé dans un conduit en maçonnerie de manière à laisser tout autour un espace pour la circulation des gaz. Nous allons discuter les meilleures dispositions à prendre pour assurer la transmission de la chaleur par le contact des gaz chauds contre les parois du cylindre.

Supposons quatre ouvertures A,B,C,D placées à chaque extrémité du conduit, en bas et en haut, et munies de registres pour choisir à volonté l'orifice d'arrivée et celui de départ des gaz chauds.

Si on ouvre le registre A pour l'arrivée, il est évident qu'il ne faut pas ouvrir le registre B pour le départ ; les gaz s'échapperaient directement sans avoir circulé au contact du cylindre et il n'y aurait pas de chauffagn ; mais on peut se demander lequel des registres C ou D il convient d'ouvrir.

Si on ouvre l'orifice C dans le haut du conduit, les gaz affluant en A et montant directement à la partie supérieure à

Fig. a',i

Fig.

raison de leur température plus élevée qui les rend plus légers, s'étalent sous la voûte et arrivés à l'extrémité du carneau en N s'échappent par Forifice C.

Dans leur trajet, si l'espace libre au-dessus du cylindre est assez grand, la circulation des gaz pourra se faire sans qu'ils rencontrent les parois du tuyau qui restera plongé dans la même masse des gaz à peu près stagnante, et relativement froide. Le chauffage sera fort mauvais.

Supposons au contraire qu'on ferme l'orifice C et qu'on ouvre en bas l'orifice D ; les gaz chauds arrivant en A montent toujours directement à la partie supérieure et s'étalent sous la voûte comme dans le premier cas, mais ne trouvant pas d'issue dans le haut, ils sont obligés de redescendre refoulés par les nouveaux gaz qui affluent continuellement; ils arrivent ainsi forcément au contact du tuyau et la transmission de la chaleur s'effectue. Si la section est assez grande, la vitesse est faible, les gaz peuvent dans leur mouvement obéir aux lois de densité ; ils descendent par couches isothermes, de sorte que ce sont les plus lourds, c'est-à-dire les plus refroidis, qui s'échappent par Torifice de sortie.

Avec l'orifice du haut C ouvert, les gaz les plus chauds s'échappent les premiers et l'utilisation est faible ; c'est le contraire quand Torifice du bas D est ouvert, ce sont les gaz les plus froids qui s'échappent.

Ainsi lorsque des gaz chauds à refroidir circulent dans un carneau horizontal, il faut toujours les faire échapper par un orifice percé à la partie inférieure du carneau.

Dans les conditions ordinaires, le mouvement ne se produit pas avec la régularité que nous avons supposée, parce que le plus souvent d'autres forces que la densité interviennent pour modifier plus ou moins la circulation.

En général, la molécule chaude qui arrive dans le conduit est sollicitée par deux forces ; l'une tend à la faire monter verticalement en raison de la densité plus faible, l'autre est le tirage de la cheminée qui l'appelle vers l'orifice de sortie.

La direction qu'elle prend est donnée par la résultante de ces deux forces, et se trouve d'autant plus rapprochée de l'horizontale que le tirage est plus énergique. Quand la section du conduit est très grande, la vitesse est faible et les molécules obéissent à peu près aux lois de la densité ; si au contraire la section est réduite, l'action de l'appel domine et le courant s'inflécbit.

II peut mùme arriver, si le tirage est très puissant et l'orifice D peu éloigné de l'orifice A, qu'il se produise un courant direct de l'un ù l'autre passant au-dessous du tube. Dans ces conditions, le chaulTage du récepteur serait évidemment mauvais, et lorsqu'on a des raisons de craindre que cet effet se produise, il convient de placer à peu de distance de l'orifice d'entrée une niurette verticale qui force le courant à monter à la partie supérieure du conduit.

404. Les mêmes considérations et les mêmes conclusions s'appliquent au cas où le récepteur est disposé verticalement (fig. 2i'i). Il faut toujours établir la circulation de manière que les gaz s'échappent par la partie inférieure. S'ils arrivent par le bas A pour s'échapper par le haut en B, les plus cbauds, à raison de leur faible densité, tendent k monter directement, et à prendre le chemin le plus court. La moindre différence de résistance, dans le passage autour du tube, d'un côté C à l'autre D, leur fait abandonner une —-■-- partie de la section et la surface correspondante du

récepteur reste ainsi sans utilité.

Si au contraire les gaz de la combustion arrivent par le haut, l'effet inverse se produit ; les molécules les plus chaudes et par conséquent les plus légères, tendent à se niainLonir à. la partie supérieure, et ce sont les plus lourdes, c'est-à-dire celles dont le récepteur a absorbé la chaleur, qui se trouvent au bas et qui s'échappent par l'orifice de départ. L'utilisation est évidemment bien meilleure.

Il faut donc toujours établir la circulation de manière que le

DISPOSITIONS DES SURFACES DE CnAUFPE. 511

couraot de gaz chauds se meuvft en descendant. Si on est obligé, pour une cause particulière, de le faire aller en montant, il est nécessaire de placer dans le conduit des murettes C,D,E,F (lig. ^ii), formant chicanes de distance en distance, pour rompre le courant direct et le forcer h se rejeter successivement d'un cdté à l'autre, afin de le mettre au contact, autant que possible, avec toute la surface du récepteur. Malgré ces précautions, le chaufTage par courants ascendants laisse toujours à désirer comme utilisation. Fîg. ^.^i

40S. Division du courant de gaz chauds. — Cet effet de mauvaise répartition du courant, au contact de la surface, est encore plus sensible quand on le divise en plusieurs branches, afin d'augmenter la surface de chauffe.

Considérons, avec Péclct, un tuyau de fumée vertical AB (fîg. 24^) qui se divise sur une portion de sa hauteur en deux branches parallèles C et D, entre lesquelles le courant doit se partager. C'est une disposition assez fréquemment employée dans les appareils de chauffage. La circulation des gaz chauds est fort différente suivant qu'on les fait aller en montant ou en descendant.

Si le courant est montant et arrive en A, il ne passera le plus souvent que dans un des tuyaux CetD, l'autre restera inutilisé. La raison est fecile à comprendre. Les deux tuyaux ne sauraient se trouver dans des conditions absolu* ment identiques; le tuyau C, par exemple, a un diamètre légèrement plus fort, ou il offre un peu moins de résistance, ou bien encore il est moins refroidi parce qu'il est plus éloigné des fenêtres. Dans ces diverses conditions, la température y est un peu plus élevée; or la différence une fois établie, quelque faible qu'elle soit, tend à s'accentuer de plus en

plus. L'accroissement de température, dans un tuyau C, détermine en effet une diminution do densité, et par conséquent un accroissement de force ascensionnelle et de ritesse.* La masse des gaz chauds qui passe augmente, ce qui détermine un nouvel accroissement de température, par suite de force ascensionnelle et ainsi de suite, de sorte que la vitesse tend toujours à augmenter. L'effet inverse se produit dans le tuyau D. Si la vitesse est, à un moment quelconque, un peu plus faible, il passe moins de gaz chauds, la température s'abaisse, la force ascensionnelle diminue et par suite la vitesse, ce qui produit une nouvelle diminution du courant de gaz chauds, un nouvel abaissement de température et ainsi de suite.

Si rien ne vient troubler l'action de ces forces successives agissant pour augmenter la vitesse dans l'un des tuyaux et la diminuer dans l'autre, il arrivera un moment où le courant passera tout entier d'un seul côté.

Il n'en est plus ainsi lorsque le courant est descendant, comme l'indiquent les flèches. Si, pour une cause quelconque, la vitesse s'accroît dans l'un des tuyaux, la masse des gaz chauds augmentant, la température s'y élève et les gaz devenant plus légers tendent à descendre moins vite. Ainsi le fait même de l'accroissement de vitesse en augmentant la masse des gaz et par suite leur température produit une force ascensionnelle qui tend à réduire la vitesse du mouvement descendant et celui-ci reprend tout naturellement sa valeur normale dans chaque tuyau.

Si au contraire la vitesse diminuait dans l'un des tuyaux, l'abaissement de température qui en serait la conséquence rendrait les gaz plus lourds, ce qui favoriserait leur mouvement de descente et l'égalité de vitesse se rétablirait encore.

406. Dans le raisonnement qui précède, nous n'avons pas tenu compte de l'effet du frottement qui intervient cependant dans tous les cas pour établir l'égalité de répartition des courants. Si la vitesse augmente dans le tuyau G, que le courant soit montant ou descendant, la résistance et par suite la diffé-

renée de pression entre les points extrêmes augmentent, ce qui tend à faciliter le mouvement dans le tuyau D où la vitesse s'est ralentie.

Mais lorsque le courant est montant, pour que le mouvement se rétablisse en D, il faut que Texcès de pression de la colonne de gaz dans ce tuyau sur Vautre soit plus faible que la perte de charge produite par le mouvement dans le second tuyau.

Si H est la hauteur des tuyaux, ^ et 6 les températures à rintérieur et à Textérieur, D le diamètre de celui où le mouvement se produit avec la vitesse ^, la différence de pression des deux colonnes est, en hauteur d'eau, comme nous le verrons dans le chapitre des cheminées :

(i-4-aO)(i4-a/j'

rf^, étant la densité des gaz ào% tandis que la perte de charge, en négligeant les parties horizontales, est