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M. Feidt
6 september
11h00

(Abstract 10)

Paper (10)

LES CYCLES AVEC DES IRREVERSIBILITES INTERNES ET EXTERNES DES MACHINES A FROID ET DES POMPES A CHALEUR DE STIRLING

S. Petrescu(1), M. Feidt(2), M. Costea(1)
(1) Université "Politehnica" de Bucarest, chaire de thermotechnique
Splaiul Independentei 313, Bucarest, Roumanie
E-mail : coral@opensys.ro, mcos@theta.termo.pub.ro
(2) L.E.M.T.A., U.R.A. 7563, Université Henri Poincaré, Nancy 1
2, av. de la forêt de Haye, 54516 Vandoeuvre-les-Nancy, France
E-mail : Michel.Feidt@ensem.inpl-nancy.fr

Les cycles des machines à froid et pompes à chaleur de Stirling sont étudiés en tenant compte de la vitesse finie des processus. L'étude est basée sur une nouvelle méthode d'optimisation des processus et cycles à vitesse finie, appelée la Méthode Directe d'étude et évaluation des irréversibilités dans les machines thermiques. Cette méthode implique l'intégration directe de l'équation du premier principe de la thermodynamique pour des processus à vitesse finie, appliquée à chaque transformation du cycle inverse d'une machine à froid ou pompe à chaleur de Stirling. Les performances de ces cycles sont évaluées en prenant en compte les irréversibilités internes et externes générées par la vitesse finie du piston. Les irréversibilités internes pour chaque cycle sont les pertes de pression dues au (1) laminage du gaz dans le régénérateur, (2) à la vitesse finie du piston, (3) aux frottements interne et mécanique et l'irréversibilité due à la régénération imparfaite de la chaleur dans le régénérateur. Les irréversibilités externes sont générées par le transfert de chaleur à différence finie de température dans les échangeurs de chaleur de la machine, à la source et au puits. Les résultats du calcul basé sur cette analyse mettent en évidence l’effet de chaque irréversibilité sur les performances des machines et aussi celui de la vitesse finie des processus.

   

M. Feidt
6 september
11h20

(Abstract 11)

Paper (11)

CONCEPTION OPTIMALE DE SYSTEMES COMBINES A GENERATION DE PUISSANCE, CHALEUR ET FROID

M. Feidt, S. Lang
LEMTA, UMR 7563, Université Henri Poincaré, Nancy I
2, av. de la forêt de Haye, BP 160, 54504 Vandoeuvre cedex, France
Fax : 03 83 59 55 51 - Email : Michel.Feidt@ensem.inpl-nancy.fr

Dans l'étude d'un système thermodynamique, que ce soit dans un but de conception ou dans un but d'analyse, les plus récents développements utilisent conjointement l'analyse exergétique (EA) pour identifier les parties du système responsables des pertes thermodynamiques, la minimisation de génération d'entropie (EGM) pour minimiser les pertes sous l'influence des contraintes imposées au système, ainsi que la thermoéconomie (TE) pour minimiser les coûts de construction et de fonctionnement du système [1].
L'étude préliminaire d'un tel système peut être effectuée sans tenir compte de sa conception interne, simplement en évaluant ses interactions avec l'extérieur (l'environnement). Néanmoins, de tels systèmes sont sujets à des contraintes d'ordre physique (dimensions des échangeurs, températures maximales supportées par les matériaux...) qui sont autant de contraintes reliant le système et son environnement.
Dans cette étude, on va s'intéresser tout d'abord au comportement global d'une installation de trigénération, à l'aide de la thermodynamique en temps fini, qui seule peut rendre compte de l'influence des contraintes spatiales des échangeurs. Cette étude d'optimisation sera conduite selon une méthode spécifique : en effet, les ratios reliant les productions de froid et de chaleur "intermédiaire" au travail mécanique produit seront supposés connus et fixés. Cette configuration peut, par exemple, être le résultat des besoins exprimés par l'exploitant de l'installation.
L'objectif de l'optimisation revient alors à maximiser l'une des quantités produites, les autres en étant dépendantes. Un autre objectif envisageable est de maximiser la valeur totale des énergies produites. Mais, pour ce faire, il convient de définir les différentes valeurs d'une unité d'énergie produite, selon sa catégorie (froid, chaud, mécanique). Ces valeurs peuvent être financières, exergétiques ou environnementales, voire un assemblage des trois. Néanmoins, la conduite de l'analyse effectuée ici reste valable.
L'entropie générée par l'interaction entre le système et l'extérieur sera localisée aux échangeurs, l'influence de la génération interne d'entropie étant étudiée de manière globale, le système étant considéré irréversible. Là encore, seule l'étude des composants internes au système permettrait de définir ce paramètre, pour ensuite "remonter" à l'optimisation étudiée ici.
Ensuite, sera développée une configuration particulière d'une installation de trigénération, couplant deux cycles de Carnot (l'un moteur, l'autre récepteur). Les résultats numériques de l'analyse seront confrontés aux résultats analytiques connus. Conception Optimale de Systèmes Combinés à génération de puissance, chaleur et froid

Abstract :
To study or design energy systems, thernodynamics is commonly used, through-energy analysis (E.A.) that allows identification of energy losses along aIl parts of the system, entropy generation minimisation (E.G.M.) to minimize the losses with specified constraints for the system studied thermo economy (T.E.) to minimize, investment or global costs of the system.
Preliminary study of an energy system can be done, without knowledge of internaI design of the system, taking only into account interactions of it with environment and external parts. Even in that case, physical constraints must be accounted for (maxima of temperature for materials, limitations of HEX dimensions,...) ln this study, we will first report from a therrnodynamical model of a trigeneration system, with finite size of H.E.X. (heat exchangers). Optimization of the system is reported through two parameters defined as ratios of cold and hot useful heat fluxes relative to useful mechanicaI power (these two ratios are related to the need expressed by the user of the system).
The energy optimization is related to the possible maximum of the mechanical power. An other objective function is to maximise the total value of all the produced energy (cold, hot, mechanical). Another step is to consider not only exergetic value, but financial and (or) environmental one. The proposed analysis allows all these developments.
A special attention is also devoted to interaction of the system with external parts (particularity at HEX). The influence of internal irreversibility is globalized; but a careful analysis of each internal components could be done in the future, to extend the présent proposed optimization.
Numérical results of the analysis are compared to some limit configurations allowing analytical results (trigénération systems consisting of two CARNOT machines : one engine, one receptor). A tentative comparison to some existing systems will also be proposed.

   

I. Ionita
6 september
12h00

(Abstract 20)

Paper (20)

THE COST/QUALITY EVALUATION AND OPTIMIZATION OF THE HEAT POWERED SYSTEMS

Ion IONITA
"Lower Danube" University of Galati Romania
str. Domneasca nr.47, 6200 Galati, Romania

The paper deals with cost-to-quality ratio, as most comprehensive optimization criterion of the heat-powered systems. It is emphasised especially the role of the co-generation systems among heat powered systems.
The matter of the paper develops cost-to-quality ratio concept. The author considers that it is not enough to optimise a heat powered system using its thermodynamic efficiency. Most completely is to use economic efficiency, this the last taking into consideration not only the cost of the consumed fuel, but also the investment cost and operation-maintenance cost.
All this study is accomplished using only the exergy-based analysis.

   

B. Spinner
6 september
12h20

(Abstract 86)

Paper (86)

ANALYSE DES FLUX INTERNES D’ENERGIE DANS LES THERMOTRANSFORMATEURS A SORPTION

B. Spinner1, D. Stitou1 et M. Sorin2
1
IMP, Institut de Science et Génie des Matériaux et Procédés, CNRS-UPR 8521, Site Carnot, rambla de la Thermodynamique, 66100 Perpignan cedex, France,
2 Energy Diversification Research Laboratory, CANMET, 1615 Lionel-Boulet, P.O. Box 4800, Varennes, Quebec, J3X 1S6, Canada

Une analyse nouvelle des structures possibles de procédés à sorption permettant la remontée du potentiel thermique d’une source de chaleur est quantifiée par la productivité exergétique idéale, conduisant à la caractérisation des structures utilisant au mieux l’exergie d’entrée. Les exemples retenus dans le cas des systèmes thermochimiques à base d’ammoniacates illustrent cette démarche.

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Heat Powered Cycles Conference
Conservatoire national des arts et métiers, Paris
5, 6, 7 September 2001
E-mail : hpc.01@free.fr