Étude des moteurs à apport de chaleur externe de type Ericsson. Confrontation théorique et expérimentale dans une enceinte de détente à piston libre.

par Mathieu Doubs

Projet de thèse en Énergétique

Sous la direction de Philippe Nika, Éric Gavignet et de Guillaume Layes.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques , en partenariat avec FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (laboratoire) et de Département Énergie (equipe de recherche) depuis le 01-09-2013 .


  • Résumé

    L'axe de recherche principal porte sur le développement d'un outil de modélisation en mesure de déterminer la masse de fluide à l'admission d'un système effectuant une détente en fonction d'une valeur cible de travail produit par cette détente. L'outil doit en outre prendre en compte les paramètres variables suivant : - le type de détente thermodynamique théorique - les caractéristiques de la source et du puits de chaleur - les caractéristiques géométriques du système L'objectif est d'apporter une meilleure compréhension des phénomènes se produisant lors de la détente d'un fluide réel. Cette compréhension sera mise en perspective avec les connaissances actuelle du fonctionnement d'une machine à apport de chaleur externe. Elle permettra aussi d'approcher les transferts thermiques convectifs instationnaires en écoulement compressible. Les travaux secondaires comportent la réalisation d'un banc d'essais ayant pour but de démontrer les performances de l'enceinte de détente à cloisonnement solide déformable, la mise au point de l'instrumentation spécifique avec chaine de mesure à traitement rapide et enfin la conduite des essais expérimentaux dont la transformation cible est une détente adiabatique puis isotherme.

  • Titre traduit

    Study of external thermal engine (EHE), type Ericsson. Theoretical and experimental comparison in a free piston expansion chamber.


  • Résumé

    In this thesis, after developing state of the art and a detailed historical of the Ericsson engine, we present the results of experiments carried out as part of a phased approach of an external combustion engine. The aim of this engine is to work with either an isothermal or an adiabatic process in the expansion chamber enabling the engine to operate following Ericsson or Brayton cycle respectively. To ensure such flexibility, the studied engine uses a welded metal bellows based technology. This solution allows a more efficient control of the thermal exchanges as well as the overcoming of the technological issues associated with classical engines such as the loss of working fluid or its contamination by lubricant and also the piston lubrication at high temperature. An experimental test bench has been designed to characterize the expansion chamber behaviour. The engine is instrumented to record pressures, temperatures in different locations of the system and also the piston displacement. After describing the principle of the engine and its operating cycle, the first experimental results of the expansion chamber behaviour are presented.