Modèles de connaissance à paramètres identifiables expérimentalement pour les systèmes de refroidissement dessiccatif couplés à un système solaire

par Roula Ghazal

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Christian Ghiaus, Patrice Joubert et de Yasser Hayyani.

Le président du jury était Etienne Wurtz.

Le jury était composé de Christian Ghiaus, Patrice Joubert, Yasser Hayyani, Etienne Wurtz, Dominique Marchio, Michel Pons, François Durier, Nicolas Morel.

Les rapporteurs étaient Dominique Marchio, Michel Pons.


  • Résumé

    La Centrale de traitement d’Air par Dessiccation (CAD) offre un contrôle complet de la température et de l'humidité dans les locaux climatisés. Son élément clé est la roue dessicante qui permet la dessiccation de l’air et une régénération continue. A travers cette étude, nous nous intéressons au développement d’une méthodologie pour obtenir un modèle dynamique de la roue utilisable dans les algorithmes de contrôle avancés de la CAD. La roue dessicante peut être considérée comme un système de type multi-entrées/multi-sorties (MIMO). La seconde partie de ce mémoire concerne l'identification expérimentale des paramètres des modèles d’état de la roue dessicante pour deux types de modèles : boîte noire et boîte grise. Dans le cas de la boîte noire, tous les paramètres du modèle sont identifiés expérimentalement. Dans le cas de la boîte grise, certains paramètres sont dérivés de considérations physiques et les paramètres restants sont identifiés en utilisant les mesures expérimentales des entrées et des sorties. Les paramètres du modèle boîte grise ont une signification physique. En comparaison avec les modèles boîte noire, les modèles boîte grises sont moins précis sur le domaine sur lequel les paramètres ont été identifiés, mais beaucoup plus précis en dehors de ce domaine. Comme les paramètres ont une signification physique, leurs valeurs ne varient pas de manière significative avec le point de fonctionnement utilisé pour l’identification. Dans l’approche boîte grise, les valeurs des paramètres obtenues pour les modèles linéaires sont presque identiques pour tous les modèles locaux du coté dessiccation et pour tous les modèles locaux du coté régénération ; cela nous a permis de considérer qu’un modèle local est valable pour tout le domaine de variation des variables d’entrée. Le modèle final de la roue dessicante se compose de deux modèles globaux : un pour le côté de la dessiccation et l'autre pour le côté de la régénération. La troisième partie de ce travail consiste dans l'identification des coefficients de transfert de masse et de chaleur au sein de la roue dessicante en utilisant un modèle boîte grise. Le coefficient de transfert de masse, le coefficient de transfert convectif et le nombre de Nusselt ont été obtenus en écrivant les paramètres du modèle d’état en fonction d’une seule variable et en exprimant les paramètres en fonction des caractéristiques géométriques et des propriétés de matériaux de la roue. Ce travail contribue au développement d’un modèle d’état utilisable pour la synthèse des algorithmes de contrôle pour la roue dessicante.

  • Titre traduit

    Knowledge models with identifiable parameters of solar desiccant cooling systems


  • Résumé

    Desiccant Air Unit (DAU) offers a complete control of air temperature and humidity in the conditioned space. Its key component is the desiccant wheel which provides the functions of air desiccation and regeneration. The aim of this study is to develop a methodology for obtaining a dynamic model of the desiccant wheel which can be used for the model-based control algorithms of DAU. The desiccant wheel can be regarded as a multi-input/multi-output (MIMO) system. The first part of the thesis is devoted to the modeling of the desiccant wheel based on energy and mass balance equations. The resulting set of equations is formulated as a second order state-space system without delay. The second part of this thesis concerns the experimental identification of the parameters of the state-space model of the desiccant wheel by using a black-box and a gray-box approach. In the case of the black-box, all the parameters of the model are identified experimentally. The identified parameters have values which minimize the difference between the output of the model and the experimental values. The parameters of the black-box model do not have physical significance. Although precise in the range of variation of the inputs in which the parameters were identified, this model gives significant errors in other domains of variation of the inputs. The parameters of the gray-box model are physically significant. Compared with the black-box models, the gray-box model was less accurate for the domains for which the parameters were identified, but it was notably more robust when applied to other ranges of the inputs. Since the parameters are related to physical properties, their values do not vary significantly with changes of the operating point used for identification. For the gray-box approach, the parameter values obtained for the linear models are almost identical for all local models on the desiccation side and all the local models on the regeneration side, suggesting that a local model may be valid for all the complete range of input variables. Using the above results, a final model of the desiccant wheel was developed, comprising two global models: one for the desiccation side and another for the regeneration side. The third part of the thesis deals with the identification of mass and heat transfer coefficients of the air within the desiccant wheel using a gray-box model. The mass transfer coefficient, the convective heat transfer coefficient and the Nusselt number were obtained by defining the variable parameters of the model as a function of a single variable and by expressing the constant parameters as a function of the geometric and material properties of the wheel. This work contributes to the development of a state-space model used for the synthesis of control algorithms for the desiccant wheel.


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