Combustion et échangeurs de chaleur
Cinquième module
Dans le sixième module, vous apprenez à calculer et à paramétrer les composants réalisant des combustions et des échanges de chaleur.
Thème 1 : Combustion
Compléments de Thermoptim sur la combustion
Remarques
Il faut bien comprendre qu'une combustion dans un système énergétique met en jeu un combustible, généralement un hydrocarbure, et un comburant, généralement de l'air composé principalement d'azote, qui reste neutre, et d'oxygène, qui réagit avec le combustible.
Le paramétrage des combustions détermine le rapport entre les quantités de combustible et de comburant. Comme nous l'avons dit, nous utiliserons de préférence le facteur d'air lambda, mais pour certaines applications comme les moteurs à essence, c'est la richesse qui est employée, et pour les chaudières, l'excès d'air.
Les relations qui relient ces paramètres sont très simples, ce qui permet de passer de l'un à l'autre sans difficulté.
Exercices d'auto-évaluation
Textes à trous
Ces deux textes à trous vous permettront de réviser les combustions stœchiométrique et non stœchiométrique.
Ce texte à trous vous permettra de vérifier votre compréhension de la température de figeage, et celui-ci celle des différents pouvoirs calorifiques.
Quiz
Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons les quiz suivants :
Exploration dirigée
Cette exploration vous guide dans vos premiers pas de paramétrage de la combustion d'une turbine à gaz.
Elle fait suite à l'exploration dirigée S-M3-V8 qui présentait le cycle d'une turbine à gaz où la combustion était modélisée par une simple transfo échange.
Échangeurs de chaleur
Compléments de Thermoptim sur les échangeurs de chaleur
Un échangeur de chaleur peut être modélisé par la méthode du nombre d'unités de transfert NUT. S'il est parfaitement pertinent pour l'étude de l'insertion d'un échangeur dans un cycle thermodynamique, un tel modèle phénoménologique ne permet cependant d'accéder qu'au produit UA de l'échangeur, la détermination de U pouvant se révéler particulièrement complexe. Le succès de ce modèle est tel qu'il est souvent utilisé comme modèle de comportement d'un échangeur particulier en lui adjoignant une loi d'évolution du produit UA en fonction par exemple des débits des fluides qui traversent l'échangeur.
Les concepts que vous devez vous assurer de comprendre sont UA, efficacité ε et NUT, ainsi que pincement.
Extrait sur les échangeurs de chaleur
Remarques
Il faut bien comprendre ces trois notions :
le pincement, qui représente l'écart minimum de température entre les deux fluides
l'efficacité de l'échangeur, rapport de la plus grande augmentation de température au sein des fluides à l'écart des températures d'entrée des deux fluides
les degrés de liberté pour le calcul d'un échangeur, au nombre de 5, du fait qu'il y a six variables indépendantes (les températures d'entrée et de sortie et les débits des deux fluides) et une équation de liaison (la conservation de l'enthalpie totale)
Exploration dirigée
Cette exploration dirigée vous guide dans vos premiers pas de paramétrage d'un condenseur de centrale à vapeur.
Elle fait suite à l'exploration dirigée S-M3-V7 qui présentait le cycle de la centrale.
Étude d'une variante
Dans l'exploration dirigée (S-M3-V7-2) , le fluide de refroidissement est l'eau d'un fleuve.
Une variante consiste à utiliser un aérocondenseur dit sec, dans lequel l'eau du fleuve est remplacée par l'air ambiant.
L'échange entre l'air et l'eau qui se condense se faisant dans des conditions plus difficiles qu'entre cette dernière et l'eau du fleuve, le pincement à prendre en compte est plus élevé : il passe de 7 K à 11 K.
Le synoptique ci-dessous montre le résultat obtenu.
Activités d'auto-évaluation
Ce texte à trous vous permettra de vérifier votre compréhension de la méthode du NUT, et celui-ci de la manière dont un échangeur peut être paramétré.
Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons le quiz suivant :
Vous trouverez des compléments sur les échangeurs de chaleur dans cette page du portail Thermoptim-UNIT
