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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs

Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre

Bilan et perspectives

SOUTENANCE DE PROJET DE FIN D’ETUDESDeveloppement d’un modele d’echangeur thermique pour l’etude par

simulation numerique 3D sous FLUENT

Franck LE RHUN

Valeo Engine Management Systems

4 septembre 2007

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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs

Modele de refroidisseur EGRMise en œuvre

Bilan et perspectives

Plan

1 Objectifs et organisation

2 Synthese sur les echangeurs de chaleur

3 Modele de refroidisseur EGR

4 Mise en œuvre

5 Bilan et perspectives

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Bilan et perspectives

ContexteObjectifs du stagePlanning

Plan

1 Objectifs et organisation

2 Synthese sur les echangeurs de chaleur

3 Modele de refroidisseur EGR

4 Mise en œuvre

5 Bilan et perspectives

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Bilan et perspectives

ContexteObjectifs du stagePlanning

Contexte

Exigence : modele numerique 3D complet de l’EGRBanc d’essai numeriqueAugmentation de la finesse de previsionDiminution des delais de livraisons

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Bilan et perspectives

ContexteObjectifs du stagePlanning

Objectifs du stage

Rediger une synthese bibliographique sur les echangeurs de chaleurRealiser un modele FLUENT complet d’echangeur thermique par laprise en compte de ses effets sur l’ecoulement gazeux dans un systemeEGRValider le modele et le mettre en production

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Bilan et perspectives

ContexteObjectifs du stagePlanning

Objectifs du stage

Rediger une synthese bibliographique sur les echangeurs de chaleurRealiser un modele FLUENT complet d’echangeur thermique par laprise en compte de ses effets sur l’ecoulement gazeux dans un systemeEGRValider le modele et le mettre en production

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Bilan et perspectives

ContexteObjectifs du stagePlanning

Objectifs du stage

Rediger une synthese bibliographique sur les echangeurs de chaleurRealiser un modele FLUENT complet d’echangeur thermique par laprise en compte de ses effets sur l’ecoulement gazeux dans un systemeEGRValider le modele et le mettre en production

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ContexteObjectifs du stagePlanning

Planning au 21/08/2007

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Objectifs et organisationSynthese sur les echangeurs de chaleurs

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Bilan et perspectives

Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo

Plan

1 Objectifs et organisation

2 Synthese sur les echangeurs de chaleur

3 Modele de refroidisseur EGR

4 Mise en œuvre

5 Bilan et perspectives

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Bilan et perspectives

Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo

Architecture

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Efficacite

Pour le fluide chaud :

Ec =QmCp,chaud(Tce − Tcs)QmCp,min(Tce − Tfe)

Tce fluide chaud en entreeTcs fluide chaud en sortieTfe fluide froid en entreeTfs fluide froid en sortie

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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo

Methode NUT

Facteur de desequilibre :

R =QmCp(chaud)QmCp(froid)

Pour R�1, le fluide chaud commande l’echange de chaleur

E = 1− e−NUT

avec :NUT =

11hc

+ 1hf

SQmCp(chaud)

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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo

Section efficace

Coefficient homogene a un surface :

∆p =Q2

m

2ρS2eff

Modele en V2 uniquementPas d’effets visqueuxNon extrapolableNon adapte pour les faisceaux de tubes

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Milieu poreux

Loi de Forchheimer :∆PL

= βρV2i +

µ

kfVi

Le milieu poreux plus valide que Seff car V et V2

Deux variables d’adaptation :β : resistance inertiellekf : permeabilite

Facilement integrable dans FLUENTValidite isotherme uniquement

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Exhaust Gas Recirculation

But : Diminuer la production de NOx en changeant le Cp des gaz frais

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Le systeme EGR

Vanne de dosageRefroidisseur de gaz EGRBypass de refroidisseur

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Le refroidisseur

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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo

Particularite du cooler EGR

Technologies varieesTypes de tubes (geometries, corrugations)Architecture (1 ou 2 passes tubes, sections)

Fortes variations de temperature (∆T ' 600 K)Coefficients d’echange eleves (500 W.m−2K−1 cote EGR)Le fluide chaud commande l’echange (2.10−3 ≤ R ≤ 0, 1)Encrassement par les gaz brulesOrdres de grandeur :

Efficacite de 50 a 90%Perte de charge jusqu’a 50 mbar a 30 g.s−1

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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo

Particularite du cooler EGR

Technologies varieesTypes de tubes (geometries, corrugations)Architecture (1 ou 2 passes tubes, sections)

Fortes variations de temperature (∆T ' 600 K)Coefficients d’echange eleves (500 W.m−2K−1 cote EGR)Le fluide chaud commande l’echange (2.10−3 ≤ R ≤ 0, 1)Encrassement par les gaz brulesOrdres de grandeur :

Efficacite de 50 a 90%Perte de charge jusqu’a 50 mbar a 30 g.s−1

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Modelisation des echangeursLes coolers EGR Valeo

Particularite du cooler EGR

Technologies varieesTypes de tubes (geometries, corrugations)Architecture (1 ou 2 passes tubes, sections)

Fortes variations de temperature (∆T ' 600 K)Coefficients d’echange eleves (500 W.m−2K−1 cote EGR)Le fluide chaud commande l’echange (2.10−3 ≤ R ≤ 0, 1)Encrassement par les gaz brulesOrdres de grandeur :

Efficacite de 50 a 90%Perte de charge jusqu’a 50 mbar a 30 g.s−1

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Bilan et perspectives

Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Plan

1 Objectifs et organisation

2 Synthese sur les echangeurs de chaleur

3 Modele de refroidisseur EGR

4 Mise en œuvre

5 Bilan et perspectives

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Modele de milieu poreux et recalage analytique

Geometrie et recalage au cas par casAdiabatique uniquement

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Saut de temperature

Resultats hors adiabatiqueDiscretisation minimaleMise en serie des phenomenes physiques

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Banc d’essais CFD

Geometrie simplifieeExtrusion cooper d’un disque(120 000 mailles)5 Dh en entreeCooler poreux de longueur variable7 Dh jusqu’au post-traitement3 Dh en sortie

Conditions aux limites

Mass-flow InletPressure Outlet

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Maillage de test

Solver

k − ω SSTCompressibleConvergence 2nd ordre :

350 iterationsEnviron 25 minutes

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Milieu poreux avec puits de chaleur

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Aspect thermique

Source negative de chaleur, a flux constant ou decroissant

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Aspect fluidique

Milieu poreux de Forchheimer

∆PL

= βρV2i +

µ

kfVi

Bon recalage en adiabatiqueNe convient que pour un seul casPas de prise en compte de l’aspect thermique

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Aspect fluidique

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Aspect fluidique

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Methodes actuellesMaillage de testChoix d’un modele

Autre loi pour le milieu poreux

Proposition de loi de perte de charge :

∆PL

= (α× L + β)ρV2i +

µ

kfVi

Variation du coefficient inertielL’efficacite depend de la longueur du coolerPrise en compte des phenomenes thermiques

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MethodeInterface

Plan

1 Objectifs et organisation

2 Synthese sur les echangeurs de chaleur

3 Modele de refroidisseur EGR

4 Mise en œuvre

5 Bilan et perspectives

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MethodeInterface

Recalage en efficacite

Utilisation de la methode NUT

Recalage sur le terme hS : Moins de 5 % d’erreur29 / 37

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MethodeInterface

Recalage en perte de charge

Recalage empirique de α, β et kf

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MethodeInterface

Interets

Pretraitement facilitePrevision analytique de resultatsCapitalisation

Recuperation de donnees”Log” des operations effectueesStandardisation

Pre et Post traitement partiellement automatisesSans utilisation de licence FLUENT

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MethodeInterface

Interets

Pretraitement facilitePrevision analytique de resultatsCapitalisation

Recuperation de donnees”Log” des operations effectueesStandardisation

Pre et Post traitement partiellement automatisesSans utilisation de licence FLUENT

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MethodeInterface

Interets

Pretraitement facilitePrevision analytique de resultatsCapitalisation

Recuperation de donnees”Log” des operations effectueesStandardisation

Pre et Post traitement partiellement automatisesSans utilisation de licence FLUENT

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MethodeInterface

Architecture

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MethodeInterface

Outils

Calcul thermique analytiqueRecalage de modele avec maillage de testGeneration de geometries de coolerJournaux FLUENT de chargement

Interface webMoteur PythonGrapheur GNUplotLogiciels sous licence libres, formats ouverts

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MethodeInterface

Outils

Calcul thermique analytiqueRecalage de modele avec maillage de testGeneration de geometries de coolerJournaux FLUENT de chargement

Interface webMoteur PythonGrapheur GNUplotLogiciels sous licence libres, formats ouverts

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MethodeInterface

MOdelisation d’Echangeurs de Chaleur Automobiles

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MethodeInterface

MOdelisation d’Echangeurs de Chaleur Automobiles

Geometrie GAMBIT generee par fichier journal

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Bilan et perspectives

Plan

1 Objectifs et organisation

2 Synthese sur les echangeurs de chaleur

3 Modele de refroidisseur EGR

4 Mise en œuvre

5 Bilan et perspectives

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Bilan et perspectives

Bilan et perspectives

Veritable projet de modelisationMise en pratique de la CFDIntegration sous la forme d’un outil

Validation sur systeme completBibliotheque depuis les essaisFinalisation de l’interfaceFormation des utilisateurs

Calcul transitoireDensite energetiquePoint de vue systeme

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Bilan et perspectives

Bilan et perspectives

Veritable projet de modelisationMise en pratique de la CFDIntegration sous la forme d’un outil

Validation sur systeme completBibliotheque depuis les essaisFinalisation de l’interfaceFormation des utilisateurs

Calcul transitoireDensite energetiquePoint de vue systeme

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Bilan et perspectives

Veritable projet de modelisationMise en pratique de la CFDIntegration sous la forme d’un outil

Validation sur systeme completBibliotheque depuis les essaisFinalisation de l’interfaceFormation des utilisateurs

Calcul transitoireDensite energetiquePoint de vue systeme

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