Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre
Bilan et perspectives
SOUTENANCE DE PROJET DE FIN D’ETUDESDeveloppement d’un modele d’echangeur thermique pour l’etude par
simulation numerique 3D sous FLUENT
Franck LE RHUN
Valeo Engine Management Systems
4 septembre 2007
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre
Bilan et perspectives
Plan
1 Objectifs et organisation
2 Synthese sur les echangeurs de chaleur
3 Modele de refroidisseur EGR
4 Mise en œuvre
5 Bilan et perspectives
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre
Bilan et perspectives
ContexteObjectifs du stagePlanning
Plan
1 Objectifs et organisation
2 Synthese sur les echangeurs de chaleur
3 Modele de refroidisseur EGR
4 Mise en œuvre
5 Bilan et perspectives
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
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Bilan et perspectives
ContexteObjectifs du stagePlanning
Contexte
Exigence : modele numerique 3D complet de l’EGRBanc d’essai numeriqueAugmentation de la finesse de previsionDiminution des delais de livraisons
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre
Bilan et perspectives
ContexteObjectifs du stagePlanning
Objectifs du stage
Rediger une synthese bibliographique sur les echangeurs de chaleurRealiser un modele FLUENT complet d’echangeur thermique par laprise en compte de ses effets sur l’ecoulement gazeux dans un systemeEGRValider le modele et le mettre en production
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Bilan et perspectives
ContexteObjectifs du stagePlanning
Objectifs du stage
Rediger une synthese bibliographique sur les echangeurs de chaleurRealiser un modele FLUENT complet d’echangeur thermique par laprise en compte de ses effets sur l’ecoulement gazeux dans un systemeEGRValider le modele et le mettre en production
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Bilan et perspectives
ContexteObjectifs du stagePlanning
Objectifs du stage
Rediger une synthese bibliographique sur les echangeurs de chaleurRealiser un modele FLUENT complet d’echangeur thermique par laprise en compte de ses effets sur l’ecoulement gazeux dans un systemeEGRValider le modele et le mettre en production
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Bilan et perspectives
ContexteObjectifs du stagePlanning
Planning au 21/08/2007
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre
Bilan et perspectives
Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Plan
1 Objectifs et organisation
2 Synthese sur les echangeurs de chaleur
3 Modele de refroidisseur EGR
4 Mise en œuvre
5 Bilan et perspectives
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
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Bilan et perspectives
Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Architecture
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Efficacite
Pour le fluide chaud :
Ec =QmCp,chaud(Tce − Tcs)QmCp,min(Tce − Tfe)
Tce fluide chaud en entreeTcs fluide chaud en sortieTfe fluide froid en entreeTfs fluide froid en sortie
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Methode NUT
Facteur de desequilibre :
R =QmCp(chaud)QmCp(froid)
Pour R�1, le fluide chaud commande l’echange de chaleur
E = 1− e−NUT
avec :NUT =
11hc
+ 1hf
SQmCp(chaud)
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Section efficace
Coefficient homogene a un surface :
∆p =Q2
m
2ρS2eff
Modele en V2 uniquementPas d’effets visqueuxNon extrapolableNon adapte pour les faisceaux de tubes
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Milieu poreux
Loi de Forchheimer :∆PL
= βρV2i +
µ
kfVi
Le milieu poreux plus valide que Seff car V et V2
Deux variables d’adaptation :β : resistance inertiellekf : permeabilite
Facilement integrable dans FLUENTValidite isotherme uniquement
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Exhaust Gas Recirculation
But : Diminuer la production de NOx en changeant le Cp des gaz frais
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Le systeme EGR
Vanne de dosageRefroidisseur de gaz EGRBypass de refroidisseur
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Le refroidisseur
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Particularite du cooler EGR
Technologies varieesTypes de tubes (geometries, corrugations)Architecture (1 ou 2 passes tubes, sections)
Fortes variations de temperature (∆T ' 600 K)Coefficients d’echange eleves (500 W.m−2K−1 cote EGR)Le fluide chaud commande l’echange (2.10−3 ≤ R ≤ 0, 1)Encrassement par les gaz brulesOrdres de grandeur :
Efficacite de 50 a 90%Perte de charge jusqu’a 50 mbar a 30 g.s−1
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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Particularite du cooler EGR
Technologies varieesTypes de tubes (geometries, corrugations)Architecture (1 ou 2 passes tubes, sections)
Fortes variations de temperature (∆T ' 600 K)Coefficients d’echange eleves (500 W.m−2K−1 cote EGR)Le fluide chaud commande l’echange (2.10−3 ≤ R ≤ 0, 1)Encrassement par les gaz brulesOrdres de grandeur :
Efficacite de 50 a 90%Perte de charge jusqu’a 50 mbar a 30 g.s−1
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Bilan et perspectives
Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo
Particularite du cooler EGR
Technologies varieesTypes de tubes (geometries, corrugations)Architecture (1 ou 2 passes tubes, sections)
Fortes variations de temperature (∆T ' 600 K)Coefficients d’echange eleves (500 W.m−2K−1 cote EGR)Le fluide chaud commande l’echange (2.10−3 ≤ R ≤ 0, 1)Encrassement par les gaz brulesOrdres de grandeur :
Efficacite de 50 a 90%Perte de charge jusqu’a 50 mbar a 30 g.s−1
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Bilan et perspectives
Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Plan
1 Objectifs et organisation
2 Synthese sur les echangeurs de chaleur
3 Modele de refroidisseur EGR
4 Mise en œuvre
5 Bilan et perspectives
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Bilan et perspectives
Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Modele de milieu poreux et recalage analytique
Geometrie et recalage au cas par casAdiabatique uniquement
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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Saut de temperature
Resultats hors adiabatiqueDiscretisation minimaleMise en serie des phenomenes physiques
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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Banc d’essais CFD
Geometrie simplifieeExtrusion cooper d’un disque(120 000 mailles)5 Dh en entreeCooler poreux de longueur variable7 Dh jusqu’au post-traitement3 Dh en sortie
Conditions aux limites
Mass-flow InletPressure Outlet
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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Maillage de test
Solver
k − ω SSTCompressibleConvergence 2nd ordre :
350 iterationsEnviron 25 minutes
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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Milieu poreux avec puits de chaleur
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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Aspect thermique
Source negative de chaleur, a flux constant ou decroissant
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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Aspect fluidique
Milieu poreux de Forchheimer
∆PL
= βρV2i +
µ
kfVi
Bon recalage en adiabatiqueNe convient que pour un seul casPas de prise en compte de l’aspect thermique
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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Aspect fluidique
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Bilan et perspectives
Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Aspect fluidique
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Bilan et perspectives
Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele
Autre loi pour le milieu poreux
Proposition de loi de perte de charge :
∆PL
= (α× L + β)ρV2i +
µ
kfVi
Variation du coefficient inertielL’efficacite depend de la longueur du coolerPrise en compte des phenomenes thermiques
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
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1 Objectifs et organisation
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3 Modele de refroidisseur EGR
4 Mise en œuvre
5 Bilan et perspectives
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
Recalage en efficacite
Utilisation de la methode NUT
Recalage sur le terme hS : Moins de 5 % d’erreur29 / 37
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
Recalage en perte de charge
Recalage empirique de α, β et kf
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
Interets
Pretraitement facilitePrevision analytique de resultatsCapitalisation
Recuperation de donnees”Log” des operations effectueesStandardisation
Pre et Post traitement partiellement automatisesSans utilisation de licence FLUENT
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MethodeInterface
Interets
Pretraitement facilitePrevision analytique de resultatsCapitalisation
Recuperation de donnees”Log” des operations effectueesStandardisation
Pre et Post traitement partiellement automatisesSans utilisation de licence FLUENT
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
Interets
Pretraitement facilitePrevision analytique de resultatsCapitalisation
Recuperation de donnees”Log” des operations effectueesStandardisation
Pre et Post traitement partiellement automatisesSans utilisation de licence FLUENT
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MethodeInterface
Architecture
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
Outils
Calcul thermique analytiqueRecalage de modele avec maillage de testGeneration de geometries de coolerJournaux FLUENT de chargement
Interface webMoteur PythonGrapheur GNUplotLogiciels sous licence libres, formats ouverts
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
Outils
Calcul thermique analytiqueRecalage de modele avec maillage de testGeneration de geometries de coolerJournaux FLUENT de chargement
Interface webMoteur PythonGrapheur GNUplotLogiciels sous licence libres, formats ouverts
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MethodeInterface
MOdelisation d’Echangeurs de Chaleur Automobiles
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Bilan et perspectives
MethodeInterface
MOdelisation d’Echangeurs de Chaleur Automobiles
Geometrie GAMBIT generee par fichier journal
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre
Bilan et perspectives
Plan
1 Objectifs et organisation
2 Synthese sur les echangeurs de chaleur
3 Modele de refroidisseur EGR
4 Mise en œuvre
5 Bilan et perspectives
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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs
Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre
Bilan et perspectives
Bilan et perspectives
Veritable projet de modelisationMise en pratique de la CFDIntegration sous la forme d’un outil
Validation sur systeme completBibliotheque depuis les essaisFinalisation de l’interfaceFormation des utilisateurs
Calcul transitoireDensite energetiquePoint de vue systeme
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Bilan et perspectives
Bilan et perspectives
Veritable projet de modelisationMise en pratique de la CFDIntegration sous la forme d’un outil
Validation sur systeme completBibliotheque depuis les essaisFinalisation de l’interfaceFormation des utilisateurs
Calcul transitoireDensite energetiquePoint de vue systeme
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Bilan et perspectives
Bilan et perspectives
Veritable projet de modelisationMise en pratique de la CFDIntegration sous la forme d’un outil
Validation sur systeme completBibliotheque depuis les essaisFinalisation de l’interfaceFormation des utilisateurs
Calcul transitoireDensite energetiquePoint de vue systeme
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