Description des simulations

Les expériences réalisées sur le jeu de barres monophasé sont reproduites en simulation à

l'aide des logiciels présentés au Chapitre 2 : CST et CFX.

3.3.2.1.1 Géométrie simulée La géométrie expérimentée est constituée d'un

comparti-ment central composé d'une cuve contenant les conducteurs à tester ainsi que des connexions

(Fig.2.2). Aux deux extrémités de cette cuve sont placés des compartiments tampon servant à

l'isoler de l'inuence du milieu ambiant. Ce montage expérimental existe en format numérique

CAO, utilisé pour introduire la géométrie testée dans les logiciels.

Dans le but de réduire le nombre de mailles et ainsi les temps de calcul, seul le

compar-timent central est simulé (Fig.3.43). Les parois entre celui-ci et les comparcompar-timents tampon

sont supposées adiabatiques dans le logiciel CFX (Fig.3.44). La géométrie étant symétrique,

seule la moitié du compartiment est conservée. Les détails de la géométrie comme les vis sont

supprimés pour éviter d'augmenter inutilement le nombre de mailles et d'avoir des mailles de

mauvaise qualité (comme une maille aplatie par exemple).

3.3.2.1.2 Modélisation électromagnétique Pour chaque courant ecace (4000A et

5000A) et chaque conducteur (standard et ouvert), une simulation électromagnétique et

réalisée à l'aide du logiciel CST pour calculer la puissance dissipée par eet Joule dans la

géométrie.

Figure 3.43 Modèle de simulation et placement des thermocouples

Figure 3.44 Conditions limites appliquées à la géométrie simulée

Dans le logiciel d'électromagnétisme seules les pièces conductrices sont conservées, les

pièces isolantes n'inuençant pas la physique du problème. Aussi le gaz n'est pas représenté.

La résistance de contact entre deux pièces est modélisée par un petit volume de matière

(Fig.3.45). Ces résistances sont régulièrement mesurées lors des essais expérimentaux et une

valeur moyenne selon le type de contact est connue. La conductivité électrique appliquée au

volume est alors calculée de manière à ce que la résistance de contact corresponde aux valeurs

connues.

En ce qui concerne les dimensions du domaine, l'analyse menée au Chapitre 2 conseille

d'appliquer une distance entre la géométrie et les bords du domaine de l'ordre du diamètre du

modèle (Tab.2.20). Ici, il faudrait donc que cette distance soit égale au diamètre de la cuve.

Or, cette distance conduirait à un domaine trop grand, contenant un nombre trop élevé de

mailles et la résolution du problème nécessiterait une capacité de calcul plus importante que

celle disponible. Aussi, cette distance est prise égale au diamètre du conducteur.

Le critère de maillage imposant trois mailles dans l'épaisseur de peau (Tab.2.20) est

ap-pliqué au conducteur, à la cuve et aux connexions.

Pour reproduire les conditions d'essai, dans le logiciel de calcul électromagnétique, le

cou-rant est injecté dans le conducteur puis circule dans la cuve, comme représenté Fig.3.46.

Figure 3.45 Modélisation d'un contact entre deux pièces conductrices

Figure 3.46 Circulation du courant dans le modèle simulé

3.3.2.1.3 Modélisation thermique Les huit expériences réalisées (Tab.3.6) sont

repro-duites en simulation à l'aide du logiciel CFX, dans le but d'évaluer l'augmentation de

tempé-rature due au passage du courant dans le montage.

La convection naturelle et le rayonnement à l'extérieur de la cuve sont pris en compte

en imposant un ux sur cette surface (Fig.3.44). Le ux convectif est calculé à partir de

l'expression du coecient de convection moyen détaillé à l'équation (3.13) et de la température

de la cuve calculée par le logiciel. Le ux radiatif est calculé à partir de l'expression (3.15),

où la température de la cuve est aussi calculée par le logiciel.

Une précédente étude réalisée en interne préconise d'appliquer à la surface extérieure de

la cuve une émissivité égale à0,8et une émissivité égale à 0,2sur le conducteur et la surface

intérieure de la cuve. Ces valeurs ont été utilisées dans les simulations du jeu de barres. Elles

sont représentatives des valeurs réelles car la surface extérieure de la cuve est peinte durant

les expériences, alors que la surface intérieure de la cuve et le conducteur sont en aluminium

poli.

L'émissivité d'une surface est un paramètre dicile à déterminer car il varie beaucoup

selon l'état de surface [65]. L'émissivité appliquée à la surface extérieure de la cuve peinte

pourrait être élevée jusqu'à0,9. En ce qui concerne l'aluminium du conducteur, l'émissivité

pourrait être baissée jusqu'à 0,1.

Contrairement au logiciel d'électromagnétisme, dans CFX toutes les pièces sont simulées.

Les propriétés physiques du SF

₆

sont attribuées au gaz contenu dans la cuve et dans le

conducteur.

La pression du gaz appliquée à la simulation est la pression de remplissage de la cuve.

L'augmentation de température dans le montage entraîne une augmentation de pression qui

n'est pas prise en compte dans les simulations. Elle est de l'ordre de 0,5bar à 1bar. Cette

augmentation de pression peut diminuer la température mesurée à l'intérieur de la cuve jusqu'à

2K.

Un maillage de couche limite est appliqué aux parois du modèle avec une distance

adimen-sionnéey

+

= 1. Le modèle SSTk−ωest utilisé comme modèle de turbulence. Le rayonnement

est pris en compte avec un modèle DTM (méthode des transferts discrets). Ces paramètres

sont ceux conseillés suite à l'analyse réalisée au Chapitre 2 (Tab.2.20). La participation du

SF

₆

au transfert radiatif n'est pas prise en compte dans ces simulations.

3.3.2.1.4 Couplage Pour évaluer l'augmentation de température suite au passage du

courant dans le compartiment, la puissance dissipée par eet Joule calculée par CST doit être

introduite pour servir de terme source à la simulation CFX. Une méthode a été proposée au

Chapitre 2 pour appliquer aux centres des mailles de CFX la puissance calculée aux n÷uds des

mailles de CST. Cette méthode est intéressante mais la non compatibilité des logiciels la rend

peu précise et nécessitant une capacité de calcul trop importante. Appliquée à la géométrie

du jeu de barres monophasée, elle n'a pas permis d'aboutir à un résultat.

Une méthode plus simple a donc été utilisée pour transférer les puissances de CST à

CFX. Elle consiste à appliquer à chaque pièce conductrice de CFX la puissance totale (en

W) calculée par CST. Les contacts sont représentés par une surface dans CFX et non par un

petit volume comme dans CST. Aussi la puissance totale dissipée par le contact volumique

dans CST est répartie de manière égale entre les deux pièces adjacentes (Fig.3.47). Un petit

outil a été développé pour simplier la procédure [114].

Figure 3.47 Schéma de la répartition de puissance dissipée par un contact dans les pièces

adjacentes

Dans le document Etude des phénomènes électro-thermiques dans l'appareillage haute tension (Page 149-152)