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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.
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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.
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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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