Caractérisation de la dynamique d'un échangeur thermique à contre-courant et synthèse d'observateurs

Dynamic characterisation of a counter current heat exchanger and observers synthesis

• Auteur / Autrice : Farid Bagui
• Direction : Lionel Estel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régime transitoire (hydraulique)

Observateurs d'états (mathématiques)

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Écoulement laminaire

Échangeurs de chaleur

Mots clés libres

Heat exchanger

Countercurrent Flow

Unsteady state

Laminar flow

Luenberger observer

Résumé

Dans ce mémoire, deux approches différentes de la caractérisation des transferts de chaleur en régime instationnaire dans un échangeur thermique à contre-courant sont présentées. La première approche est numérique et consiste à reconstruire l'état du système par des observateurs. Lorsque le vecteur de commande est constitué des débits des deux fluides, un estimateur a été construit par la combinaison d'un observateur de type Luenberger et de la méthode de résolution de Maccormack. Lorsque l'entrée du système est constituée des températures d'entrée des deux fluides, un observateur de Kalman découplé avec un facteur d'oubli adaptatif UAFK a été construit. La deuxième approche est semi-analytique et consiste à caractériser la dynamique des températures le long de l'échangeur en fonction des profils de températures initial et final. La température de chaque fluide est caractérisée par sa propre constante de temps variant le long de l'échangeur. Des expressions analytiques de ces constantes de temps sont présentées. Une étude a été effectuée concernant les transferts thermiques non stationnaires en régimes d'écoulement laminaire. Pour des faibles débits du fluide chaud, des fluctuations de température apparaissent le long de l'échangeur. Ces fluctuations sont portées par un signal temporel périodique. L'amplitude et la fréquence ont été étudiées en fonction de la position dans l'échangeur et des débits des deux fluides à l'aide d'une analyse spectrale. L'analyse adimensionnel montre que pour des faibles débits, les échanges thermiques par convection mixte et par conduction radiale doivent être pris en compte dans la modélisation de l'échangeur. Un modèle de l'échangeur thermique en régime d'écoulement laminaire a été proposé.