Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Fluides caloporteurs et frigoporteurs

Introduction

Parmi les fluides mis en jeu dans les technologies énergétiques, une catégorie particulère correspond à ce que l'on appelle des caloporteurs ou des frigoporteurs.

Ce sont des liquides qui servent à transporter de la chaleur ou des frigories entre deux ou plusieurs composants comme des sources de chaleur et des échangeurs ou thermocoupleurs. On les appelle aussi des fluides de transfert.

Donnons quelques exemples de tels fluides :

  • les huiles synthétiques utilisées dans les capteurs solaires à concentration ;

  • les eaux glycolées qui servent à refroidir des enceintes froides ;

  • des saumures utilisées en réfrigération.

Leurs propriétés peuvent être obtenues soit auprès de leurs fournisseurs, comme pour les huiles synthétiques, soit dans des publications comme celles de l'ASHRAE.

Modélisation générique des caloporteurs et frigoporteurs

La modélisation de ces fluides est assez simple du fait qu'ils ne changent pas d'état. Dans Thermoptim, ils peuvent être représentés par des corps externes.

On peut généralement supposer que la chaleur massique de ces fluides peut être modélisée avec une précision suffisante par une fonction affine de la température T, et leur densité par une fonction parabolique de T. Leurs propriétés thermodynamiques sont indépendantes de la pression.

Dans ces conditions, leur volume, leur enthalpie et leur entropie se calculent facilement à partir d'un tout petit nombre de paramètres (5). Ces équatios ne sont bien sûr valables que dans un intervalle de température qui doit être précisé.

Leur conductivité thermique et leur viscosité peuvent aussi être modélisées avec quelques paramètres (3 et 4 respectivement).

La classe BasicLiquid implémente un ensemble de méthodes permettant de représenter de l'eau mélangée à du propylène glycol à 40 % en volume.

Il suffit de la sous-classer par une autre classe dont on ne change que les valeurs des paramètres pour obtenir la représentation d'un autre caloporteur ou frigoporteur, ce qui est très simple à faire.

Quelques exemples sont donnés dans la modélothèque de Thermoptim :

  • huile DowThermA, pour capteurs solaires à haute température ;

  • propylène glycol à 30 et 40 % en volume ;

  • eau salée à 23 % de sodium (saumure) ;

  • modèle CustomCp qui permet à l'utilisateur d'ajuster la valeur de la chaleur massique en modifiant un fichier texte.

Modélisation fine des caloporteurs et frigoporteurs

Si l'on souhaite plus de précision dans la modélisation de ces fluides, il est bien sûr tout à fait possible de définir une classe spécifique comportant des méthodes de calcul de leurs propriétés ajustées en conséquence.

C'est le cas de la classe Na utilisée pour représenter les propriétés du sodium.

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