Optimisation aérothermique d'un alternateur à pôles saillants pour la production d'énergie électrique décentralisée

• Auteur / Autrice : Augusto Salomao Bornschlegell
• Direction : Souad Harmand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 18/09/2012
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de thermique, écoulement, mécanique, matériaux, mise en forme, production (Valenciennes, Nord ; 2010-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Fudym
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Souad Harmand, Sadok Ben Jabrallah, Jean-Pierre Corriou, Mohammed El Ganaoui, Aurélie Fasquelle, Julien Pellé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sadok Ben Jabrallah, Jean-Pierre Corriou, Mohammed El Ganaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Gradient conjugué, Méthode du

Équation de la chaleur

Énergie mécanique

Mots clés libres

Optimisation thermique

Alternateur

Méthodes de gradient

Active-set

Point-Intérieur

Algorithmes Génétiques

Thermal optimization

Alternator

Gradient based methods

Active-set

Interior-Point

Genetic Algorithms

Résumé

La présente étude concerne l’étude d’optimisation thermique d’une machine électrique. Un modèle nodal est utilisé pour la simulation du champ de température. Ce modèle résout l’équation de la chaleur en trois dimensions, en coordonnées cylindriques et en régime transitoire ou permanent. On prend en compte les deux mécanismes de transport les plus importants : La conduction et la convection. L’évaluation de ce modèle est effectuée par l’intermédiaire de 13 valeurs de débits de référence. C’est en faisant varier ces variables qu’on évalue la performance du refroidissement dans la machine. Avant de partir sur l’étude d’optimisation de cettegéométrie, on a lancé une étude d’optimisation d’un cas plus simple afin de mieux comprendre les différents outils d’optimisation disponibles. L’expérience acquise avec les cas simples est utilisée dans l’optimisation thermique de la machine. La machine est thermiquement évaluée sur la combinaison de deux critères : la température maximale et la température moyenne. Des contraintes ont été additionnées afin d’obtenir des résultats physiquement acceptables. Le problème est résolu à l’aide des méthodes de gradient (Active-set et Point-Intérieur) et des Algorithmes Génétiques.

This work relates the thermal optimization of an electrical machine. The lumped method is used to simulate the temperature field. This model solves the heat equation in three dimensions, in cylindrical coordinates and in transient or steady state. We consider two transport mechanisms: conduction and convection. The evaluation of this model is performed by means of 13 design variables that correspond to the main flow rates of the equipment. We analyse the machine cooling performance by varying these 13 flow rates. Before starting the study of such a complicated geometry, we picked a simpler case in order to better understand the variety of the available optimization tools. The experience obtained in the simpler case is applyed in the resolution of the thermal optimization problem of the electrical machine. This machine is evaluated from the thermal point of view by combining two criteria : the maximum and the mean temperature. Constraints are used to keep the problem consistent. We solved the problem using the gradient based methods (Active-set and Interior-Point) and the Genetic Algorithms.