Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Progiciels de thermodynamique

Progiciels de thermodynamique

Ce document reprend dans une très large mesure l'article [BE 8 044] des Techniques de l'Ingénieur. Son objectif est de présenter quelques progiciels de thermodynamique.

Les progiciels de thermodynamique sont des outils informatiques qui permettent de calculer l'état thermodynamique d'un fluide dans un large intervalle de ses variables d'état. Pour cela, ils ont recours à des formulations mathématiques de leurs propriétés, basées sur des équations dont la forme et les paramètres ont été ajustés ou sont ajustables par comparaison avec des valeurs expérimentales relevées par les laboratoires de recherche et publiées dans la littérature ou dans des bases de données. Les principales équations d'état[1][1] sont ajustées par des techniques numériques, et les équations différentielles de la thermodynamique permettent d'en déduire les fonctions dérivées.

Lorsqu'une même formulation ne permet pas d'obtenir une précision suffisante dans tout le domaine d'utilisation du fluide, celui-ci est subdivisé en plusieurs régions, chacune décrite par une formulation appropriée (zones liquide, d'équilibre liquide-vapeur, vapeur…). Aux frontières de ces régions, de petits écarts de valeur peuvent exister.

Les outils logiciels disponibles en thermodynamique relèvent de trois grandes catégories :

  • les calculateurs de propriétés des fluides, quelquefois appelés serveurs de propriétés. Ils se distinguent par le nombre de fluides proposés, la précision des calculs, les variables indépendantes acceptées, la convivialité de leur interface…

  • les outils de calcul de composants permettent de dimensionner les opérations unitaires subies par les fluides (compressions, détentes, combustions…). Non seulement ils incorporent des calculateurs de propriétés des fluides, mais ils peuvent, grâce à la prise en compte des caractéristiques d'un composant industriel (rendement isentropique ou polytropique d'un compresseur…), déterminer l'état final du fluide qui le traverse ;

  • la troisième catégorie d'outils correspond aux environnements génériques de modélisation, qui permettent d'assembler des modèles de composants pour former des systèmes complexes, ou encore de résoudre des systèmes d'équations de grande dimension.

La plupart des progiciels de thermodynamique que nous présentons ici relèvent de la première catégorie.

Selon les cas, les progiciels disponibles sont de portée générale ou sont dédiés à une application donnée. Les premiers sont généralement plus puissants, mais ils demandent de la part de l'utilisateur des compétences en thermodynamique plus développées que les seconds, destinés à répondre à un besoin précis.

Avertissement

Il importe de noter que les progiciels présentés ou cités ici n'ont pas tous été testés par l'auteur et que leur sélection n'implique en aucun cas qu'ils répondront aux attentes de leurs utilisateurs. C'est à eux seuls qu'incombe la responsabilité du choix d'un progiciel : les informations fournies dans cet article sont partielles et purement indicatives. Elles ne peuvent être considérées comme suffisantes pour fonder le choix d'un outil quelconque pour une application donnée. Il est par ailleurs fréquent que les versions des progiciels mis en ligne évoluent, et même que certains disparaissent. Ceux qui sont indiqués ici étaient téléchargeables en mars 2007.

Nous avons sélectionné une vingtaine d'outils qui nous ont paru particulièrement intéressants pour les utilisateurs de ce portail, les principaux critères étant leur potentiel (précision, capacité de résolution) et leurs conditions d'accès, notamment à travers Internet, les progiciels gratuits étant bien évidemment particulièrement attractifs. Tous les progiciels indiqués sont disponibles sous Windows et dans quelques cas sous MacOs ou sous Unix.

Documentation

Les descriptions des progiciels présentés sont généralement basées sur leur documentation. Faute de place, elles sont ici très sommaires et il n'a été possible d'illustrer l'utilisation des outils que par un petit nombre de figures, souvent une seule. Comme ils peuvent capitaliser sous une forme directement utilisable un savoir scientifique et pratique considérable, nous recommandons aux lecteurs intéressés de se référer aux sites Internet cités, où ils découvriront leur véritable richesse.

Nous nous intéresserons à trois grandes familles de progiciels, les deux premières traitant de milieux non réactifs, et la troisième pouvant calculer des réactions chimiques :

L'auteur remercie ses collègues thermodynamiciens qui lui ont fait part de leurs suggestions pour le choix des progiciels listés dans cet article, notamment R. Carreras, D. Clodic, J.-N. Jaubert, X. Joulia, D. Marchio, P. Neveu et D. Richon.

  1. Equations d'état

    Pour une phase de masse unitaire, deux grandeurs suffisent pour déterminer l'état d'un système. Il en résulte qu'existent des équations reliant chaque variable d'état à deux d'entre elles indépendantes : v = f(P,T). On appelle équations d'état de telles relations, fondamentales en pratique. Selon le problème posé, on retient le plus souvent les couples suivants : (pression, volume), (pression, température), (température, volume).

copyright R. Gicquel

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