de modélisation transitoire thermique
3.4 Conclusions sur le domaine de validité du modèle
Dans la mesure où la validation en régime permanent a été effectuée dans le cadre de la thèse de Lachassagne [Lac10], l’intérêt s’est porté ici sur les régimes transitoires. Ainsi, deux régimes permanents ont été choisis (400 W et 800 W). Le passage d’un niveau de puissance à l’autre étant linéaire, c’est sa pente que l’on a fait varier. Dans toutes les configurations simulées, la température de consigne de la partie haute du réservoir a été fixée à 73,5°C (± 0,5°C suivant les données expérimentales) et la source froide à 21°C.
Les résultats ainsi obtenus ont permis de valider ce modèle d’un point de vue thermique quelle que soit la configuration simulée. Même si la réponse de la température de la conduite reliant le réservoir à l’évaporateur est légèrement plus lente que celle mesurée, son estimation reste très correcte (< 3 °C). Par contre, les faiblesses présupposées du modèle quant à la représentation du comportement hydraulique d’une boucle diphasique ont été vérifiées. La validité du modèle est alors limitée aux rampes dont la pente est inférieure à 8 W/s, ce qui malheureusement, dans de nombreuses applications, n’est pas vérifié. Par conséquent, dans la plupart des situations, les pressions et le débit massique calculés ne peuvent être considérés que comme un support de calcul pour la détermination des températures.
III.4 Conclusion
Il a également été montré que les rampes descendantes, en raison d’une élévation défavorable, pouvaient induire des changements de sens d’écoulement dans la ligne liquide. Dans les cas considérés, cela se déroulerait de manière modérée et sur de faibles durées. D’autres tests, s’appuyant sur des rampes de puissance plus sévères permettraient de détecter la pente à partir de laquelle les estimations du comportement thermique s’en ressentiraient. Une campagne d’essais supplémentaires, avec de nouvelles températures de consigne et de source froide, permettraient de s’assurer de la validité pressentie du modèle sur un domaine d’application plus large.
4 Conclusion
Ce chapitre a fait l’objet de la présentation d’une approche de modélisation origi-nale des BFDPT, et plus particulièrement d’une CPLIP. Ce modèle, ainsi développé, s’appuie sur la méthode nodale. Il consiste en la résolution des équations de conserva-tion de quantité de mouvement et d’énergie avec comme variables la pression, l’enthalpie massique et la température. Ces deux dernières ont été préférées à la seule tempéra-ture, usuellement utilisée, pour des raisons de stabilité numérique. En effet, s’appuyant sur l’hypothèse de fluide homogène, les propriétés thermophysiques varient continuement avec l’enthalpie alors qu’elles présentent une discontinuité avec la température au niveau du changement de phase. Considérant le fluide caloporteur incompressible quel que soit son état physique, la dynamique hydraulique est négligée. En raison de la complexité des phénomènes à proximité de l’interface d’évaporation au sein de l’évaporateur et des
échanges thermohydrauliques entre les deux parties du réservoir, deux conductances Gevap
et Gresreprésentant les échanges thermiques dans ces deux zones critiques ont été recalées
expérimentalement, en régime permanent, sur la boucle développée dans le cadre de la thèse de Lossouarn [Los08].
La validation expérimentale en régime permanent de ce modèle ayant été réalisée par Lachassagne [Lac10], ce sont les régimes transitoires qui ont fait ici l’objet de toutes les attentions. Tout d’abord, le banc expérimental utilisé pour cette comparaison modèle-expérience a été présenté. Il s’agit d’une CPLIP, conçue dans le cadre de la thèse de Lachassagne et dont le couple réservoir-évaporateur a été développé par EHP. Le fluide caloporteur est de l’éthanol. L’instrumentation, composée de sondes de températures (thermocouples et sondes platine), de capteurs de pression ainsi que de débitmètres a été décrite.
Enfin, pour une températures de consigne en partie haute du réservoir fixée à 73,5°C (température de fonctionnement optimale pour de l’éthanol) et une température de source froide de 21°C, plusieurs rampes de puissance croissantes et décroissantes, de pentes plus ou moins sévères, entre deux régimes permanents de 400 W et 800 W, ont été appliquées au dispositif expérimental. En parallèle, les simulations correspondantes ont été menées grâce au modèle présenté dans ce chapitre. La comparaison entre les données simulées et mesurées atteste d’une bonne capacité de la modélisation à retranscrire le comportement thermique durant les phases transitoires pour des rampes dont la pente peut atteindre
400 W/s. En revanche, en ce qui concerne les aspects hydrauliques, la validité du modèle est beaucoup plus mesurée. Les estimations fournies peuvent être considérées acceptables seulement pour des pentes inférieures à 8 W/s. De plus, à pente équivalente, les pressions ainsi que le débit pour les rampes montantes sont mieux approchés que pour les rampes descendantes en raison de l’élévation défavorable qui tend à stabiliser l’écoulement dans le premier cas.
Les rampes de puissance décroissantes les plus sévères testées expérimentalement ont mis en évidence des changements de sens d’écoulement dans la ligne liquide. Etant de faible amplitude et de courte durée, ils n’ont pas perturbé le comportement thermique global de la boucle. Il serait donc par la suite nécessaire d’appliquer des rampes de puissance plus sévères, de manière à déterminer la limite à partir de laquelle l’évolution des températures s’en trouverait modifiée et, par conséquent, mal représentée par le modèle. Afin d’étendre le domaine de validité de ce dernier, des campagnes devront être menées pour des valeurs de températures de consigne et de source froide différentes.
Tous ces phénomènes hydrauliques, que cette approche de modélisation ne permet pas de représenter, ont pourtant un rôle primordial lors des régimes transitoires sévères. En effet, par exemple, les pics de pressions engendrés par une augmentation soudaine du débit peuvent mener à un désamorçage de l’évaporateur, dramatique pour l’intégrité de la boucle mais aussi de l’équipement refroidi. C’est pourquoi, un modèle destiné à représenter ces phénomènes hydrauliques a été développé. Sa présentation est effectuée dans le chapitre V.