Optimisation de l'architecture des cycles thermodynamiques fonctionnant avec des fluides réactifs

Optimization of the architecture of thermodynamic cycles operating with reactive fluids

• Auteur / Autrice : Luis angel Pinilla monsalve
• Direction : Silvia Lasala, Jean-François Portha
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
• Date : Inscription en doctorat le 25/02/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 4 - CITHERE - Cinéthique et Thermodynamique pour l'Energie

Mots clés

Mots clés libres

Thermodynamique

Fluides réactifs

Optimisation

Thermodynamics

Reactive fluids

Optimization

Résumé

Dans le but d'améliorer les performances des centrales électriques, des systèmes de réfrigération et des pompes à chaleur, le projet de recherche REACHER propose d'utiliser des fluides réactifs équilibrés à la place des fluides inertes. Il applique une méthodologie originale qui intègre des outils prédictifs thermodynamiques et cinétiques pour découvrir et caractériser les fluides réactifs appropriés, ce qui permet de quantifier les effets des caractéristiques de la réaction sur les performances du système et l'architecture optimale du cycle thermodynamique. Le doctorant développera et appliquera une méthodologie pour optimiser un système énergétique considéré (cycle de puissance ou pompe à chaleur) fonctionnant avec des fluides de travail réactifs. En considérant une application spécifique de puissance ou de chauffage, l'optimisation du système global (fluide et architecture du cycle) consiste en trois étapes. Premièrement, l'architecture du cycle est optimisée pour chaque fluide réactif disponible d'une liste prédéfinie (conception du processus). Ensuite, une comparaison entre tous ces systèmes optimisés, sur la base de leurs indicateurs de performance, fournira le meilleur système fluide-architecture. Enfin, la même méthode de conception de processus sera appliquée aux fluides de travail inertes. Les solutions optimales obtenues avec des fluides de travail inertes et réactifs seront finalement comparées pour quantifier le de REACHER.

With the aim to effectively increase the performance of power plants, refrigeration systems and heat pumps, the research project REACHER proposes the use of equilibrated reactive working fluids instead of inert ones. It applies an original methodology that integrates thermodynamic and kinetic predictive tools to discover and characterise suitable reactive fluids, allowing for the quantification of the effects of reaction features on system performance and optimal thermodynamic cycle architecture. The doctoral student will develop and apply a methodology to optimise a considered energy system (power cycle or heat pump) operating with reactive working fluids, as detailed hereinafter. Considering a specific power or heating application, the optimisation of the overall system (fluid and cycle architecture) consists of three steps. Firstly, the architecture of the cycle is optimised for each available reactive fluid of a predefined list (process design). Secondly, a comparison between all these optimised systems, on the basis of their performance indicators, will provide the best fluid-architecture system. Finally, the same process design method will be applied considering inert working fluids. Optimal solutions obtained with inert and reactive working fluids will be finally compared to quantify REACHER's gain.