Author: Pierre Ranc
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Languages : fr
Pages : 210
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Ces travaux concernent l'étude d'un Moteur à Apport de Chaleur Externe (M.A.C.E.) de type Ericsson. Un état de l'art des études théoriques et expérimentales antérieures est présenté. Nous avons développé un modèle numérique basé sur le couplage des équations de la thermodynamique et de la mécanique. La modélisation des écoulements au travers des soupapes et des clapets repose sur l'équation de Barré-de-Saint-Venant. Ce modèle permet de simuler le comportement dynamique du moteur pour une large gamme de fonctionnement. La variation des paramètres de simulation comme le taux de compression, la charge mécanique, la température ou le coefficient polytropique permet d'analyser leur influence sur les performances du moteur. Nous avons construit un banc d'essais de M.A.C.E. à enceintes déformables constitué par des soufflets métalliques. Le compresseur, relié au détendeur par l'intermédiaire d'un bras de levier permet de diminuer l'effort de compression lors de la phase de détente. Ce système autorise également la variation de cylindrée entre les enceintes. Le prototype est instrumenté avec des capteurs de pression, de force, de débit, de déplacement et des microthermocouples afin de mesurer les variations temporelles des signaux au cours des essais. Le moteur a été testé avec une admission d'air comprimé à température ambiante afin de caractériser son fonctionnement. Des réchauffeurs électriques permettent de tester l'influence de la température à l'admission avec une valeur maximale en entrée de 450°C. La quantité de chaleur transmise à la culasse réduit alors la température effective dans l'enceinte à seulement 160°C au mieux. La comparaison des résultats théoriques et expérimentaux présente un très bon accord en termes de dynamique de fonctionnement du moteur (pression, déplacement, volume). Un système de refroidissement de la compression par injection d'eau est ajouté au banc d'essais afin de diminuer l'énergie de compression. La température de compression est alors toujours inférieure au cas sans injection. Enfin, le couplage fluidique des enceintes donne une estimation des pertes de charge de l'ensemble du banc d'essais et des niveaux de température. La technologie étudiée est prometteuse en particulier grâce à la capacité des soufflets à échanger de la chaleur avec le fluide de travail et par l'absence de fuite et de frottement liés à la segmentation.
Author: Max Keller Ndame Ngangue
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Languages : fr
Pages : 0
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Un moteur Ericsson est un moteur alternatif à apport de chaleur externe fonctionnant selon un cyclethermodynamique de Joule. Ce type de moteur est particulièrement intéressant pour la valorisationde certaines "sources chaudes" (l'énergie solaire, la biomasse, les effluents gazeux chauds...).Dans cette thèse, une configuration innovante de moteur est proposée. Celle-ci permet d'une part,de s'affranchir du problème d'étanchéité autour des pistons des moteurs Ericsson, par l'usage despistons liquides en lieu et place des pistons mécaniques et d'autre part, de simplifier le système dedistribution mécanique des moteurs conventionnels par l'usage de soupapes commandéesparticulières, dont l'ouverture est déclenchée par contact avec le piston. Ce type de moteur estadapté pour la production d'électricité de petite puissance (jusqu'à... 10 kW).Trois lois différentes de commande des soupapes du cylindre de détente du moteur à air chaudproposé sont étudiées et leurs influences sur la conception et les performances énergétiques dusystème sont présentées. En raison de la masse importante d'eau dans le système, un modèle quiprend en compte la dynamique des colonnes de liquide est développé. Ce modèle permet de prédireles performances d'un premier prototype expérimental.Un prototype de machine de détente a ensuite été conçu et réalisé dans notre laboratoire. Uneprésentation du prototype et du banc d'essai est faite, et les résultats d'un essai préliminaire sontprésentés. Malgré le caractère préliminaire de ces résultats, ils sont très encourageants car d'unepart, ils n'ont pas révélés de problèmes techniquement délicats à résoudre, et d'autre part ils ontpermis de tirer de nombreux enseignements pour la suite des travaux à mener sur le prototype.
Author: Ramla Gheith
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Languages : fr
Pages : 218
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Author: Juliette Bert
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Languages : fr
Pages : 169
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Plusieurs machines actuellement utilisées, moteurs à combustion interne en automobile ou centrales thermiques dans l’énergie, rejettent de grandes quantités de chaleur. Généralement cette chaleur est dissipée dans l’atmosphère et son énergie perdue. Nous nous sommes donc intéressés aux moteurs à apport de chaleur externe dont l’énergie primaire est de l’énergie thermique, et plus particulièrement aux moteurs Stirling. L’une de ses principales caractéristiques est d’utiliser de la chaleur produite extérieurement comme source d’énergie. Ceci lui permet d’être multi-carburant et même d’utiliser de l’énergie thermique naturelle.L’étude menée comporte deux parties. Tout d’abord un modèle numérique zéro dimension, trois zones en temps fini a été développé. Il prend en compte les échanges thermiques aux parois et les pertes de charge, mais ne préjuge ni des dimensions moteur, ni des conditions de fonctionnement. Ceci lui permet de rester flexible pour s’adapter à l’architecture spécifique du moteur à simuler. Ensuite nous avons réalisé des mesures expérimentales sur deux moteurs de taille et puissance différentes (quelques watts et 1 kW). Ces résultats ont permis de valider le modèle. Au final nous avons obtenu un modèle numérique traduisant l’influence de paramètres dimensionnels et fonctionnels sur la puissance du moteur Stirling.Un outil d’aide à la conception de moteur Stirling a été développé en ajoutant au modèle un algorithme d’optimisation. Il permet une ébauche des caractéristiques d’un moteur Stirling. En fonction de l’application souhaitée et des contraintes s’y appliquant, il agit sur les caractéristiques choisies par l’utilisateur pour maximiser les performances.
Author: Sébastien Bonnet
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Languages : fr
Pages : 177
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Dans le contexte énergétique actuel, nous assistons au développement de technologies de production d'énergie " propre ". Ainsi, de nouvelles perspectives comme la conversion thermodynamique de l'énergie solaire ou la valorisation des déchets sont offertes à la recherche sur les " énergies renouvelables ". Dans ce cadre, nous nous intéressons aux moteurs thermiques à apport de chaleur externe : les moteurs Stirling et Ericsson. Cette thèse porte tout d'abord sur l'étude d'un petit moteur Stirling sur lequel nous avons mesuré la température instantanée et la pression instantanée en différents points. Les résultats tout à fait originaux obtenus ont été confrontés aux résultats issus de deux analyses différentes. Nous avons conclu à l'inadéquation de ces modèles. Ensuite, nous avons étudié un système de micro-cogénération basé sur un moteur Ericsson couple à un système de combustion de gaz naturel. Un moteur Ericsson est une machine alternative fonctionnant selon un cycle thermodynamique de JOULE. L'objectif de ce système est de produire 11 kW de puissance électrique ainsi que de la chaleur utile. Dans le but de dimensionner ce système, nous avons réalisé des études énergétique, exergétique et exergo-économique de cet ensemble.
Author: Abdou Touré
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Languages : fr
Pages : 205
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Un moteur Ericsson est un moteur alternatif à apport de chaleur externe, à enceinte de compression et de détente distinctes, à récupérateur et à fluide de travail monophasique gazeux. Il fonctionne selon le cycle thermodynamique de Joule. Dans notre travail, nous avons tout d’abord développé un modèle théorique original de moteur volumétrique à cycle de Joule (moteur Ericsson). Les résultats théoriques obtenus sont présentés et commentés. Ensuite, nous avons caractérisé le prototype de machine de détente de moteur Ericsson qui a été réalisé au sein du LaTEP, soit la partie la plus délicate du moteur. Les resultats des essais en ‘mode moteur’ et en ‘mode moteur entraîné’ sont présentés, avec leurs commentaires et analyses. Les performances du prototype sont très encourageantes et sont conformes à celles de travaux théoriques antérieurs. Il a donc été décidé de concevoir et réaliser la partie compresseur du moteur qui a ainsi été ajoutée au prototype, de sorte que nous disposons à présent d’un prototype de moteur Ericsson complet.
Author: Amri Jihed
Publisher: Editions Universitaires Europeennes
ISBN: 9783841786937
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Languages : fr
Pages : 120
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Les moteurs thermiques sont utilises dans divers domaines. On les trouve dans le domaine automobile couramment. L'etude theorique des moteurs thermiques fait appel a plusieurs disciplines: la conception mecanique, transmission de puissance, analyse dynamique des machine, thermodynamique, etc. Pour cela, le recours a des bancs didactique pour confronter cette etude theorique, est la solution la plus utilisee. Dans le cadre de ce travail, nous realisons un banc didactique qui permet une etude concrete des differents mecanismes du moteur thermique et, par suite, de manipuler certains notions pratiquement."
Author: Pascal Brejaud
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Languages : fr
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Ce travail présente une étude théorique et expérimentale portant sur le concept de Moteur Hybride Pneumatique ( MHP). En première approche, un modèle 0D d'un MHP monocylindre, incluant un sous-modèle cinématique original pour l'actuateur entièrement variable muant la soupape de charge, est présenté puis exploité. La modélisation 1D de la dynamique des gaz dans chaque tubulure est traitée, incluant différents modèles de Condition Limite de Soupape (CLS), basées sur la méthode des caractéristiques et issues de la littérature. Il est montré que ces CLS ne sont pas adaptées à la modélisation d'un MHP : existence de chocs numériques, problème de non-convergence et mise en défaut face à des relevés expérimentaux. Un modèle original de CLS, évitant ces problèmes et demeurant basé sur la méthode des caractéristiques, est alors développé puis validé expérimentalement à la foi sur bancs d'essais moteurs et de dynamique des gaz à la soupape. Une étude expérimentale des échanges de chaleur convectifs, en mode pneumatique et sans combustion, est conduite et débouche alors sur une modification nécessaire de la corrélation standard de Woschni, afin de correctement décrire l'extinction du mouvement de tumble en fin de course de compression. Une exploitation de la plate-forme de simulation 1D de MHP monocylindre, incluant l'ensemble des éléments développés, est finalement conduite afin de déterminer les phasages optimums d'ouverture et de fermeture de la soupape de charge, pour différents mode et conditions opératoires. Cette étude, nécessaire à de futures simulations de cycles routier, confirme d'une part, la viabilité du concept et d'autre part, montre l'importance que revêt la prise en compte de la cinématique de l'actuateur soupape et de la dynamique des gaz dans la tubulure de charge.
Author: Mathilde Blaise
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Languages : fr
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La valorisation des rejets thermiques industriels par leur conversion en énergie mécanique, et éventuellement en électricité, est un moyen de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de réduire la consommation énergétique des industries. La présente bourse de thèse est cofinancée par l'Agence De l'Environnement et de la Maitrise de l'Energie (ADEME) dans ce contexte. Le co-financeur de la thèse, Hevatech, est une entreprise qui exploite le brevet d'un nouveau convertisseur de chaleur en électricité appelé Turbosol®. Turbosol® est un bon candidat pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. Le concept en est au stade du développement du prototype et de l'installation de pilotes sur site. L'originalité du cycle de Turbosol® est la détente quasi-isotherme de la vapeur d'eau. Ainsi, le cycle de Turbosol® est proche du cycle de Carnot. La première partie de la thèse porte sur le cycle de Carnot et la faisabilité d'une machine fonctionnant selon le cycle de Carnot. Une machine fonctionnant selon le cycle de Carnot avec de l'eau changeant de phase pendant le chauffage est modélisée, puis optimisée par maximisation de la puissance nette produite. Les variables de l'optimisation sont les températures de vaporisation et de condensation du fluide cyclé, ainsi que la répartition de la surface d'échange entre l'évaporateur et le condenseur. Puis, dans la seconde partie, le modèle de la machine de Carnot est adapté au cas particulier de Turbosol®. Cela permet de simuler le fonctionnement du prototype de Turbosol. L'étude de sensibilité aux variables de commande du modèle a permis d'identifier la température de vaporisation et le débit massique du fluide de travail comme des variables d'optimisation. Ainsi, le convertisseur est optimisé par maximisation de la puissance nette produite et par maximisation du rendement pour un rejet thermique à valoriser donné
Author: Emna Dellali
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Le présent travail concerne l’étude thermique et fluidique d’un régénérateur thermique de moteur Stirling aux échelles millimétrique et micrométrique. Il s’intègre dans le cadre du projet MISTIC (Micro Stirling Clusters) financé par l’ANR. Le régénérateur thermique étudié permet de limiter les apports en énergie externe au système en recyclant la quantité de chaleur rejetée pendant le cycle thermodynamique. La conception des structures miniatures du régénérateur a été conditionnée par le procédé de fabrication choisi.Les porosités étudiées varient entre ε = 0, 8 et 0, 9 pour un facteur de forme égal à F.F = 0, 3. A l’issue des simulations numériques et des essais expérimentaux réalisés sur les prototypes micrométrique et millimétrique du régénérateur, nous avons pu mettre en évidence respectivement l’effet de la porosité, de la course du piston, des fréquences d’écoulement et du gradient thermique imposé sur les performances thermofluidiques du régénérateur. Par ailleurs, des corrélations du coefficient de perte de charge ont été établies et confrontées à celles présentes dans la littérature. Nous avons également quantifié la puissance de pompage requise pour la circulation alternative du fluide pendant un cycle thermique qui s’est avérée tributaire de la porosité, de la course du piston ainsi que de la fréquence de l’écoulement. Le calcul des efficacités thermiques du régénérateur a été menée sur les deux phases d’accumulation et de restitution de l’énergie thermique au cours du cycle thermodynamique. Nous avons établi une diminution de l’efficacité thermique en fonction du nombre de Reynolds de l’écoulement sans pour autant obtenir de résultats concluants quant à l’effet de la porosité. Une estimation de la figure de mérite a montré une tendance globale croissante du rapport pertes de charges/transferts thermiques en fonction du nombre de Reynolds de l’écoulement.
