Modélisation multiphysique et multiconfigurationnelle d'évaluation et d'optimisation des performances des systèmes de réfrigération magnétocalorique

Multiphysic and multiconfigurational modelling for the assessment and the optimization of the performances of magnetocaloric refrigeration systems

• Auteur / Autrice : Michel Risser
• Direction : Bernard Keith
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypes

Effet magnétocalorique

Appareils et matériel

Réfrigération

Résumé

La réfrigération magnétique est une voie de recherche qui tente de résoudre les problématiques liées aux domaines de la réfrigération et du pompage de chaleur. L’absence de fluide frigorigène, de bruit, et les performances énergétiques potentiellement intéressantes de cette technologie en font un candidat de premier plan. La réfrigération magnétique repose sur l’Effet Magnétocalorique (EMC). C’est une propriété intrinsèque des matériaux magnétiques qui consiste en une variation adiabatique de leur température sous l’effet de l’application d’un champ magnétique. L’EMC est mis en œuvre à l’aide d’un cycle magnéto-thermodynamique particulier dans un Régénérateur Magnétique Actif (AMR). Cette thèse a consisté en la conception d’un modèle numérique d’AMR, d’un modèle analytique de matériaux magnétocaloriques ainsi qu’en leur validation expérimentale à partir d’essais réalisés sur des prototypes fonctionnels de réfrigérateurs magnétiques. Le modèle numérique repose sur la simulation des trois phénomènes magnétique, thermique et fluidique qui sont à l’œuvre dans un AMR. Ce modèle a été utilisé pour réaliser une analyse du fonctionnement d’un AMR de façon à en améliorer la compréhension, mettre en évidence les paramètres influents et étudier les interactions entre les paramètres et leurs impacts sur les performances. Il permet d’aider à la conception de futurs systèmes de réfrigération magnétique qui soient plus efficaces. Cette thèse a été financée par l’Agence de l’Environnement et de la Maitrise de l’Energie (ADEME) et par l’entreprise Cooltech Applications (Holtzheim, 67, France) qui a également fourni l’ensemble des moyens nécessaires aux essais expérimentaux.

Magnetic refrigeration is a field of research that attempts to resolve problems related to the fields of refrigeration and heat pumping. The absence of refrigerant and noise, together with the potential energy efficiency of this technology makes it a prime candidate. Magnetic refrigeration is based on the Magnetocaloric Effect (MCE). It is an intrinsic property of magnetic materials which consists of an adiabatic temperature change resulting from the application of a magnetic field. MCE is implemented using a particular magneto-thermodynamic cycle in an Active Magnetic Regenerator (AMR). This thesis consisted in the designing of a numerical model of an AMR, an analytical model of magnetocaloric materials, and their validation with experiments performed on magnetic refrigerator prototypes. The numerical model is based on the simulation of three phenomena, magnetic, thermal and fluidic that are at work in an AMR. This model was used to perform an analysis of the functioning of an AMR in order to improve our understanding of it, to identify the influential parameters and study the interactions between the parameters and their impact on performance. It can help in the design of more efficient magnetic refrigeration systems in the future. This thesis was funded by the Agency for the Environment and the Energy Management (ADEME) and the Cooltech Applications Company (Holtzheim, 67, France) which also provided all the resources necessary for experimental tests.