Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Applications industrielles

Bonjour,

Sur le plan industriel, le simulateur Thermoptim présente de nombreux atouts, car il permet d'augmenter très sensiblement, tant en terme de temps que de coût, la productivité des ingénieurs qui ont à modéliser des systèmes énergétiques :

  • tout d'abord, ses environnements de travail facilitent (grâce à des interfaces conviviales) et sécurisent la modélisation en minimisant les risques d'erreur lors de la définition des modèles (automatisation des liens entre composants, génération automatique d'équations, tests de cohérence…) ;

  • ensuite, sa capacité de résolution de problèmes et sa portée excèdent de loin celles qui seraient accessibles à un ingénieur développant seul ses modèles : il capitalise des savoirs multiples ;

  • la précision des résultats auxquels il conduit est excellente, et ses modèles sont très réalistes ;

  • il permet un archivage des projets étudiés, et propose des bibliothèques de projets résolus qui peuvent être réutilisés moyennant quelques adaptations ;

  • il permet d'effectuer facilement des études de sensibilité.

De surcroît, il incorpore des fonctionnalités avancées très puissantes destinées à des utilisateurs confirmés, qui en font un outil très bien adapté pour étudier des systèmes innovants à faible impact environnemental :

Thermoptim est ainsi une plate-forme générique de modélisation de systèmes énergétiques, capable de modéliser des systèmes très variés, des plus simples aux plus complexes, dotée de puissants outils d'analyse exergétique (les méthodes exergétiques sont de plus en plus considérées comme parmi les mieux adaptées pour effectuer des études d'optimisation, car elles permettent de tenir compte aussi bien des quantités d'énergie mises en jeu que de leur qualité).

Disponible en sept langues , il est actuellement utilisé par une trentaine d'industriels comme le CEA Cadarache et Grenoble, EDF DRD Chatou, Framatome Areva, Laborelec, Elyo Lyon, Symicro, société ACSEL, CETIM, ISL, ENERIA.

Vous trouverez dans ce portail de nombreuses ressources sur Thermoptim, notamment :

Les modèles de fluide de TEP Lib, TEP ThermoSoft, de ThermoBlend et de RefProp peuvent être directement utilisés, moyennant l'ajout de bibliothèques spécifiques. Ces quatre outils sont respectivement développés par le Laboratoire de Thermodynamique des Équilibres entre Phases, par l'établissement de Paris du Centre Energétique et Processus de l'Ecole des Mines de Paris et par le NIST .

Si vous n'êtes pas un professionnel de la thermodynamique mais souhaitez seulement acquérir une culture minimale de cette discipline pour étudier des machines thermiques, nous vous recommandons de lire la page présentant les notions fondamentales en utilisant une approche qualitative des principes.

Sachez enfin que nous organisons régulièrement des sessions de deux MOOC, l'un sur les Problèmes Énergétiques Globaux, et le second, en deux parties, sur la Conversion Thermodynamique de la Chaleur.

Ces MOOC s'adressent à un très large public. Leur pédagogie a été spécialement élaborée pour que ces techniciens et des ingénieurs en activité puissent les suivre sans difficulté.

Thermoptim facilite la modélisation des systèmes énergétiques

Les technologies énergétiques actuelles se présentent comme :

  • des systèmes complexes interconnectés aux fonctions multiples

  • des systèmes très profondément intégrés et devant s'adapter à des cahiers des charges évolutifs pendant leur durée de vie

Dans ce contexte Thermoptim offre un potentiel significatif en simplifiant la démarche de modélisation :

  • il combine approche systémique et démarche analytique et/ou empirique classique

  • il permet de construire visuellement des modèles de nombreux systèmes énergétiques, des plus simples au plus complexes

Il facilite les calculs des cycles thermodynamiques :

Pour les composants prédéfinis existant dans le noyau (20 gaz idéaux purs pouvant former une infinité de gaz composés, 17 vapeurs condensables, compressions, détentes, laminages, échanges de chaleur, chambres de combustion, mélangeurs et diviseurs simples, séparateurs de phase), il n'y a :

  • aucune équation à écrire

  • aucune ligne de code à programmer

Pour les composants ou corps ne faisant pas partie du noyau, l'ntégration dans l'environnement Thermoptim de modèles personnalisés écrits en Java permet d'étendre largement les possibilités de l'outil.

A titre d'exemple, voici un document qui présente de manière succincte quelques utilisations possibles de Thermoptim pour l'étude des turbines à gaz et cycles associés .

Remarque

Il facilite la maintenance et rend possible l'évolution des modèles (bibliothèques de modèles et de projets)

Il sécurise la construction du modèle :

  • automatisation des couplages entre les différents éléments

  • garantie de la cohérence des couplages construits

  • outils de diagnostic pour la mise au point des modèles

Ces points sont essentiels, notamment pour des gros systèmes mettant en jeu des nombreuses équations dont la vérification doit être automatisée

Exemples de modèles construits avec Thermoptim

En complément des cycles de base présentés notamment dans les séances Diapason , vous trouverez ci-dessous des liens vers des fiches thématiques, des fiches-guides de TD ou des exercices portant sur divers cycles modélisés avec Thermoptim.

Les cartes mentales ci-dessous ont été établies pour vous permettre de retrouver facilement les sections du livre Systèmes Energétiques et les pages du portail pertinentes :

Cycles moteurs avancés

Cycles récepteurs avancés

Conversion thermodynamique des énergies renouvelables

La séance Diapason ENR01 " Conversion thermodynamique des énergies renouvelables " vous permettra de vous initier aux technologies suivantes :

  • centrales électriques solaires (capteurs solaires à concentration) ( fiche-guide )

  • génération d'électricité à partir d'un étang solaire à gradient inverse ( fiche-guide )

  • centrales électriques utilisant le gradient thermique des océans (OTEC pour Ocean Thermal Energy Conversion) ( fiche-guide )

Un guide méthodologique vous explique comment calculer les bilans énergétiques d'une installation solaire dont la ressource varie beaucoup dans le temps., ce qui suppose de pouvoir estimer correctement l'ensoleillement reçu par les capteurs solaires et de résumer autant que possible sa fluctuation temporelle. Ce guide explique notamment comment utiliser une forme de présentation des données qui privilégie les phénomènes de seuils et de non linéarité : les courbes de fréquences cumulées (CFC) de l'irradiation solaire reçue par une surface réceptrice.

Par ailleurs, d'autres ressources sur les énergies renouvelables sont à votre disposition :

Capture du CO2

Plusieurs exercices portant sur des cycles avec capture du CO2 ont été modélisés, six concernant les cycles à oxy-combustion, et un centré sur la capture dans du méthanol

Piles à combustible

Une fiche thématique est consacrée aux piles à combustible.

D'autres ressources traitent plus spécifiquement des sujets suivants :

  1. Pincement

    On appelle pincement d'un échangeur l'écart minimal de température en son sein.

    L'importance du pincement se manifeste surtout dans les problèmes de conception des réseaux d'échangeurs complexes, au point que de puissantes méthodes d'optimisation basées sur cette notion ont été développées.

copyright R. Gicquel

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