Modélisation du fonctionnement en régime dynamique d'une machine frigorifique bi-étagée à turbo-compresseurs : application à sa régulation

par Patrick Schalbart

Thèse de doctorat en Énergétique et thermique

Sous la direction de Philippe Haberschill et de André Lallemand.

Soutenue en 2006

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    La modélisation du fonctionnement en régime dynamique des machines frigorifiques permet d’améliorer leur gestion énergétique au travers d'une régulation optimisée. Dans ce domaine, les risques d'injection de liquide dans les compresseurs au cours des expérimentations sont évités par la simulation numérique. Dans cette thèse l'inertie mécanique du fluide a été prise en compte par l'écriture de l'équation du bilan de la quantité de mouvement dans sa forme instationnaire. Les propriétés thermodynamiques et de transport sont déduites d’un couple de variables d'état principales : la masse volumique et l'énergie interne massique, issues de l'intégration des équations de conservation de la masse et de l'énergie appliquées à des volumes de contrôle. La machine étudiée comporte deux étages de compression centrifuge avec un échangeur sous-refroidisseur intermédiaire et un évaporateur alimentés par deux détendeurs électroniques. Les conduites de liaison entre les différents composants sont également prises en compte. Les simulations permettent de concevoir puis de valider le système de régulation de la machine, et d'aider à la compréhension de son comportement suite à des variations brusques des variables externes (vitesse de rotation, débits et températures des sources). Le modèle permet également de mettre en évidence les conditions de fonctionnement ou les transitions qui conduisent à l'aspiration de liquide par le compresseur et de définir des pistes d'amélioration de la régulation.

  • Titre traduit

    = Unsteady-state modeling of a two-stage centrifugal chiller and its application to control design


  • Résumé

    Dynamic modeling of vapour compression chillers or heat pumps was initiated thirty years ago. The main goals are the reduction of energy consumption and money savings through improved control strategy. Suction of liquid at the inlet of the compressors can cause great damage. Therefore, numerical simulation can provide a major help, in this field of investigation. The specificity of the work presented in this thesis is to take into account the mechanical inertia of the fluid in the non-stationary form of the momentum balance and to chose density and internal specific energy as main variables of state. Thermodynamic and transport properties, used in the calculations of pressure drop and heat transfer coefficients are thus derived from this couple of state variables, calculated from the integration of the mass and energy equations applied to each control volume. The machine that has been studied comprises two centrifugal compresseurs, a subcooler intermediate heat exchanger and an evaporator fed thanks to two electronic valves. The ducts between the main components are also taken into account. The simulations allow to conceive and validate the control system and can help understand its behavior when faced to quick changes of its external variables (compressor speed, sources mass flow rates and temperatures). The model show the steady-state or transient conditions that lead to liquid suction in the compressors and help give ways of improving its control.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (XVI-189 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 181-189

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83((3161)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.