Les mêmes phénomènes se produisent lorsque le courant

574 KÉCEPTBUBS DE CHALEUR,

de gaz chauds se divise en un plus grand nombre de branches. Ainsi, on emploie assez fréquemment des appareils dits lubulaires (fig. 246) composés d'un grand nombre de tubes de faible diamètre réunissant deux capacités H et N et dans lesquels le fluide chaud doit passer simultanément pour se rendre d'une capacité à l'autre. L'avantage de cette disposition est d'augmenter considérablement la surface de transmission. Si on remplace, sur une portion de sa longueur, un tuyau unique de o,5o de diamètre par un faisceau tabulaire composé de 100 tubes de o.o5, la section de passage sera la même, mais la surface de transmission sera décuplée; seulement pour que la surface soit réellement efficace, il faut que le ûuide passe dans tous les tubes, ce qui est difficile à réaliser. Les considérations que nous venons de dévelop' P ., per sur les conditions d'égale répartition des courants dans deux tuyaux verticaux s'appliquent à un nombre quelconque et nous conduisent à la même conclusion : il faut faire circuler en descendant le Qulde chaud que l'on veut refroidir. Si le courant va en montant, il ne s'établira que dans un certain nombre de tuyaux sufllsant pour que la vitesse ne dépasse pas la limite au delà de laquelle la perte de charge est plus grande que l'excès de pression des colonnes de» tubes relativement froids sur celles des tubes chauffés.

La conclusion est donc toujours la même. Dans tout appareil de cliaufTage, pour refroidir le mieux possible un fluide, il faut le faire circuler en descendant, au contact des surfaces de trans-

408. Lorsque le fluide s'échauffe au lieu de se refroidir les phénomènes sont inverses et un raisonnement analogue conduit à la conclusion suivante :

Pour échauffer le mieux possible un fluide, il faut le faire circuler en montant au contact des surfaces de transmission.

409. Lorsque les tuyaux dans lesquels le courant doit se diviser sont disposés horizontalement, on ne peut plus profiter des différences de densité produites par le refroidissement ou réchauffement pour favoriser Tégalité de répartition.

Il faut alors s'attacher, encore avec plus de soin, à rendre aussi égales que possible les résistances et les conditions de circulation et de refroidissement, et malgré tout, pour oblenir une distribution convenable, on est obligé de se servir de registres permettant de régler le volume qui passe dans chaque branche, mais les forces qui interviennent, dans les mouvements des gaz circulant dans des appareils de chauffage, sont si variables, qu'il est bien difficile d'obtenir d'une manière permanente une répartition égale dans toutes les branches.

Fig. A

Fig. a/|8.

Fig. ?/|9.

410. Le récepteur doit être placé dans les conduits de manière à être en contact avec les gaz les plus chauds et par conséquent à la partie supérieure. C'est ainsi que la disposition (fig. 247) est préférable à

la disposition (fig. 248)011 les gaz les plus chauds circulent au-dessus du récepteur et non à son contact.

Il ne faut laisser entre la voûte et le récepteur que l'espace suffisant pour la circulation des gaz et le nettoyage.

Par la même raison, quand on doit chauffer la moitié inférieure seulement d'un cylindre, comme dans les chaudières à vapeur, la forme ABCD (fig. 249) pour la même section de carneau est préférable à la forme abcd oîi les gaz les plus chauds circulent dans les parties latérales sans être en contact avec le récepteur.

411. Quand on emploie plusieurs tuyaux disposés parallèlement on peut, ou bien laisser circuler les gaz simultanément autour de l'ensemble des tuyaux (fig. 2^0) ou bien placer les tuyaux dans des carneaux distincts que les gaz parcourent suc-

cessivement (fig. aS i ). Avec cette dernière disposition la transmission par convection est plus assurée que dans la première où les tuyaux inférieurs reçoivent mal le contact des gaz chauds,

mais d*un autre côté la circulation est plus développée, et la vitesse plus grande par suite de la réduction de section, deux causes qui augmentent notablement les résistances, et il faut avoir à sa disposition des moyens plus puissants pour produire le mouvement des gaz.

En outre, Tespacc occupé est plus grand, car indépendamment des murettes intermédiaires, il faut que chaque conduit ait une section de passage suffisante pour la totalité des gaz sans exagérer la vitesse.

Fig. 23o.

Fig. 35 I.

412. Quand les tuyaux sont dans des carneaux superposés, il convient de placer chacun d'eux (fig. aSa) près de la voûte supérieure, comme nous venons de le dire, en laissant en dessus ce qui est juste nécessaire pour les nettoyages et reporter en dessous Tespace suffisant pour le passage des gaz.

Pour la facilité de la construction, on emploie quelquefois la disposition (fig. 253) dans laquelle les séparations des carneaux superposés sont faites en bloquant par des briques qui s'appuient sur le récepteur. Le chauffage s'effectue alors dans de mauvaises conditions, parce que la partie supérieure des tuyaux récepteurs de chaleur occupe le bas des carneaux et que de plus elle se recouvre de cendres qui gênent la transmission.

413. Les figures 254, ^55 représentent un récepteur de chaleur formé d'un corps cylindrique chauffé par un foyer A, et de

Hg. 2Ô'2. Fig. 3.j3.

quatre tuyaux placés dans des cameaux latéraux superposés . B, C,D,E. Suivant le principe, les gaz chauds doivent d'abord circuler dans le carneau supérieur et descendre successivement dans les autres en parcourant chacun d'eux dans toute la longueur. C'est ce qu'on réalise facilement en laissant des ouvertures alternées dans la voûte, à l'extrémiié et au point bas de chaque circulation.

Pour réaliser lechauffageméthodique, il suffit alors de faire arriver le fluide à chauffer par

le tuyau inférieur au point extrême de la circulation des gaz chauds et de mettre en communication les divers tuyaux superposés par des tubulures alternées comme l'indique la ligure. La circulation du fluide chauffé se fait ainsi complèlement en sens inverse de celle des gaz chauds, et on réalise les conditions du chauffage méthodique avec tous ses avantages au point de vue de la transmission. Cette disposition a été appUquée par M. Farcot, pour les réchaufFeurs de chaudières à vapeur.

ng.

414. La transmission par convection est d'autant plus rapide, comme nous l'avons vu (si), que la vitesse des gaz est plus grande. Il y a donc sous ce rapport intérêt à diminuer la section et à laminer pour ainsi dire les gaz entre le récepteur et les parois du conduit; mais comme d'un autre cùté les résistances augmentent proportionnellement au carré de la vitesse, on est limité par les moyens d'appel ou de soufQage dont on dispose. Dans chaque cas particulier, il faut déterminer les sections de passage de manière à concilier le mieux possible ces deux conditions opposées, mais en se préoccupant avant tout d'assurer une circulation régulière. Nous verrons dans le chapitre des cheminées comment on détermine ces sections.

liTïi HÊCEPTEL'HS DE CHALEUR.

416. Circulation du fluide chauffé. — Il importe, au point de vue de la transmission et aussi de la conservation des parois du récepteur, de faciliter autant que possible la circulation du fluide cliaufTé au contact de ces parois et d'utiliser pour cela les mouvements naturels que le fluide lend à prendre sous l'action de la chaleur.

Considérons un cylindre plein d'eau chauffé a sa partie inférieure.

Si le d ianièlredu cylindre ABCD est grand par rapporta la sourire de chaleur G (fig. 256), il va se produire dans l'axe un courant ** ascendant d'eau chaude et

contre les parois des courants descendants d'eau relativentient froide. Il s'étahlit ainsi dans la masse une circulation continue A qui fait participer successive-

ment tout le liquide à l'action du foyer de chaleur et y répartit à peu près également ol Fig. î56. Fig, ai;. rapidement la température.

La même circulation s'établit pour un gaz chauffé par la partie inférieure dans un vase fermé.

Si le diamètre du vase ABCD n'est pas assez grand, le courant ascendant s'établit contre une dos parois BD et le courant descendant du côté opposé CA (fig. aSj); et il se produit entre les deux des tourbillons et des remous; le mouvement est moins régulier que dans le cas précédent, mais la répartition de la température dans la masse se fait toujours rapidement. , Si le cylindre se réduit (fig. 258) à un simple tube B de faible diamètre, mettant par exemple en communication un réservoir V avec un récipient chauffé A, sans le tube latéral CD, les mouvements devienncnl frfea irréguliers. Tant que le chauffage est modéré, que l'eau ne produit pas de vapeur, les courants ascendant

et descendant se produisent dans le tube de communication, mais aussitôt qu'il se forme de la vapeur le phénomène change.

Les bulles de vapeur viennent d*abord occuper le haut de la chaudière à la base du tube où elles se cantonnent sans pouvoir se dégager et la circulation s'arrête. Sous l'action de la chaleur, la pression de la vapeur augmente progressivement et il arrive un moment où elle est assez forte pour soulever la colonne d'eau qui remplit le tube; la vapeur se dégage alors violemment dans le vase supérieur en soulevant la masse d'eau qui le remplit. Ce dégagement tumultueux se continue jusqu'à ce que la pression dans la chaudière soit assez abaissée pour que l'eau puisse y rentrer par le tube, et comme cette rentrée est accompagnée généralement d'une condensation partielle de la vapeur, il se produit des chocs et des secousses. Quand la chaudière est remplie, les mêmes phénomènes se reproduisent; le chaufFage se continue d'abord avec une certaine régularité jusqu'à ce que la vapeur produite soit assez abondante pour déterminer un nouveau soulèvement tumultueux. C'est ainsi que fonctionnent certains appareils, tels que les chaudières à lessive, dans lesquelles le liquide est projeté sur le linge par des émulsions intermittentes qu'on appelle des jetées.

L'accumulation de la vapeur dans le haut de la chaudière n'est pas sans inconvénient. Le métal fortement chauffé par le foyer n'est plus refroidi par l'eau ; la température peut atteindre la chaleur rouge et, dans ces conditions, des altérations du métal ne tardent pas à se produire.

Pour éviter ces dégagements tumultueux et ces cantonnements de vapeur, il suffit d'assurer la circulation en établissant latéralement (fig. 258) un tuyau de retour CD, venant du vase supérieur et aboutissant au bas de la chaudière. Il s'y établit un courant

Fig. a58.

o80 RÉCEPTErKS DE CHALEUR.

descendant séparé du courant ascendant, de sorte que la circulation se fait régulièrement, sans bruit et sans secousses.

416. En principe, il faut, dans tout chaufTage d'un fluide, assurer la circulation de ce fluide au contact des surfaces de chauffe, et quand il se produit de la vapeur, faciliter son dégagement dans un espace dont les parois ne soient pas chauffées.

C'est ainsi que dans les chaudières à bouilleurs il faut établir, entre les bouilleurs et le corps cylindrique, au moins deux grosses tubulures de communication, Tune pour le dégagement de la vapeur, l'autre pour le retour de Teau. Le diamètre de ces tubulures doit être assez grand pour que les bulles de vapeur ne puissent se cantonner à la base et que leur dégagement soit facile et sur dans la chambre de vapeur. Pour faciliter ce dégagement, il est bon de donner au bouilleur une légère inclinaison, en plaçant la tubulure au point le plus élevé.

417. Dans les foyers du t\^e Cornwall (fig. laS), lorsque le feu est modéré, il se produit des deux côtés, dans l'intervalle des deux tôles, un double courant montant le long des parois du foyer et descendant contre le corps cylindrique; mais lorsque le feu est actif et la production de vapeur abondante, ces deux mouvements séparés se transforment en un mouvement général de rotation de la masse liquide autour du cylindre du foyer, mouvement qui favorise au plus haut degré la transmission de la chaleur et refroidit le métal dont la température dépasse peu celle de l'eau. C'est une condition de durée pour les parois des foyers fortement chauffées.

Dans certaines chaudières à foyer intérieur, comme dans les locomotives et analogues, ^ les deux côtés ne sont pas réunis (fig. aSg) en dessous du foyer et ce mouvement général d'entraînement de l'eau ne peut se produire. La circulation doit se faire séparément de chaque côté ; pour que le courant ascendant et le courant descendant ne se gênent pas trop, il faut un intervalle suffisant entre les deux parois, au moins lo ou 12 cen*^

Fig. aSg.

^' ■ii-'---'V'S' ',:

Fig. a6o.

timètres. Si cet intervalle est trop faible, les bulles de vapeur peuvent le remplir complètement; la transmission de la chaleur ne se fait plus que très imparfaitement; le métal s'échauffe et se détruit.

Pour faciliter le mouvement, on dispose quelquefois, au milieu de l'intervalle (fig. a6o), une cloison qui ne descend pas jusqu'au bas. On sépare ainsi les deux courants dont le mouvement devient régulier, mais c'est une complication pour la construction et une difficulté pour les nettoyages.

On arrive au même résultat, en réunissant en dessous (fig. 261) les deux côtés de la chaudière; il s'établit toujours, soit dans un sens soit dans l'autre, autour du foyer, un mouvement giratoire assez rapide qui renouvelle le liquide au contact des parois, dégage les bulles de vapeur et, en favorisant la transmission, assure la conservation du métal.

Fig. 261.

418.Dansle système de chaudière à vapeur imaginé par M. Field, une grande partie de la surface de chauffe est constituée par des tubes BB^suspendus au ciel du foyer (fig. 262). Ces tubes, fermés par le bas, communiquent par le haut avec l'eau de la chaudière qui doit remplacer la vapeur à mesure que celle-ci se forme et se dégage sur les parois du tube, par Taction intense du rayonnement du foyer. Si on ne prenait aucune disposition particulière, ces tubes, étant de faible diamètre, seraient remplis complètement par les bulles de vapeur et rapidement détruits. Pour assurer la double circulation nécessaire à leur durée, M. Field a disposé au milieu de chacun d'eux un second tube AA de diamètre moitié environ, ouvert aux deux bouts, suspendu par des ailettes

Fig. 362.

et s'arrêtant à une petite distance du fond du tube fermé. Avec cette addition, les deux courants peuvent s'établir; la vapeur se dégage dans Tespace annulaire dont les parois sont fortement chauffées, tandis que l'eau de la chaudière descend pour la remplacer par le tube intérieur.

On voit que ces dispositions tendent toujours au même but : assurer le dégagement facile de la vapeur et son remplacement par de l'eau au contact de la paroi chauffée. G*est la condition indispensable pour un bon chauffage et la conservation des appareils.