Dimensionnement de systèmes de refroidissement par projection d'huile - Application au refroidissement de machines électriques automobiles

• Auteur / Autrice : Luc Hypolite
• Direction : Julien Pelle, François Beaubert
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2024
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'informatique Industrielles et Humaines

Mots clés

Mots clés libres

Machines électriques

Convection

Conduction

Optimisation

Méthode inverse

Jets d'huile en impact

Optimization

Convection

Oil impinging jets

Electrical machines

Conduction

Inverse method

Résumé

Le sujet porte sur le refroidissement, par projection d'huile, de composants électriques ou mécaniques d'une machine électrique tournante. Les propriétés diélectriques d'huile permettent de les utiliser comme fluide caloporteur, en contact direct avec des composants soumis à un champ électrique ou magnétique (ou à proximité). L'amélioration du refroidissement de ces composants va permettre d'optimiser leurs conditions de fonctionnement et leurs designs. Cette problématique nous amène à nous intéresser au refroidissement d'une surface par impact de jets d'huile. Le travail de ce projet de recherche sera décomposé en plusieurs thématiques : - Le refroidissement des bobinages du stator par projection d'huile : dans une machine, des conducteurs électriques parcourent le stator et sont le siège d'échauffements importants qu'il convient de limiter pour maintenir les performances nominales de la machine. Ce problème est classiquement traité en utilisant l'air présent dans la machine comme fluide de refroidissement. L'utilisation de l'huile pourrait permettre une amélioration importante du refroidissement et donc d'augmenter la densité de puissance de la machine. - Le refroidissement des roulements par projection d'huile : les roulements sont le siège de frottements mécaniques et font l'interface entre l'intérieur de la machine thermiquement sollicitée et son environnement. Un refroidissement optimal est requis pour garantir la durée de vie de ces éléments mécaniques. Chacun des thèmes à traiter se divisera en trois volets : - Un volet bibliographique qui débouchera notamment sur l'identification d'une configuration de référence intéressante aussi bien scientifiquement que du point de vue industriel. - Un volet expérimental avec la conception, la réalisation et la validation d'un banc de tests correspondant à cette configuration de référence et permettant la détermination des transferts de chaleur locaux. Ce banc d'essais permettra la réalisation d'une campagne de mesures dans les conditions opératoires envisagées par l'utilisation industrielle et positionnée de façon à apporter une plus-value scientifique. Une étude paramétrique sera menée afin d'établir une base de données expérimentales qui permettra d'identifier des conditions thermiques inconnues par méthode inverse. Ces données permettront d'orienter les stratégies de refroidissement et le design de nouveaux produits. - La méthode inverse s'appuiera sur un volet numérique (simulation éléments finis) qui permettra de représenter les échanges de chaleur dans la machine afin d'identifier les conditions thermiques inconnues.

The subject concerns the cooling by oil projection of electrical or mechanical components of a rotating electrical machine. The dielectric properties of oil allow them to be used as a cooling fluid, in direct contact with components subject to an electric or magnetic field (or nearby). Improving the cooling of these components will make it possible to optimize their operating conditions and their designs. This problem leads us to focus on the cooling of a surface by the impact of oil jets. The work of this research project will be divided into several themes : - Cooling of the stator windings by oil projection: in a machine, electrical conductors run through the stator and are the source of significant heating which must be limited to maintain the nominal performance of the machine. This problem is conventionally treated by using the air present in the machine as a cooling fluid. The use of oil could allow a significant improvement in cooling and therefore increase the power density of the machine. - Cooling of bearings by oil projection: the bearings are the site of mechanical friction and form the interface between the interior of the thermally stressed machine and its environment. Optimal cooling is required to guarantee the lifespan of these mechanical elements. Each of the themes to be covered will be divided into three parts: - A bibliographic work which will lead in particular to the identification of a reference configuration that is interesting both scientifically and from an industrial point of view. - An experimental work on the design, construction and validation of a test bench corresponding to this reference configuration and allowing the determination of local heat transfers. This test bench will allow the carrying out of a measurement campaign in the operating conditions envisaged by industrial use and positioned in such a way as to provide scientific added value. A parametric study will be carried out in order to establish an experimental database which will make it possible to identify unknown thermal conditions by inverse method. This data will help identify cooling strategies and the design of new products. - The inverse method will be based on a numerical work (finite element simulation) which will represent the heat exchanges in the machine in order to identify unknown thermal conditions.