Soutenance mémoire
Premier principe de la thermodynamique
L’état d’un gaz est totalement défini par la connaissance de deux des trois variables que sont la température, la pression et le volume. L’équation d’état du système est définie par : f (P, V, T)=0 . (I.1) Or, la relation qui lie la variation de l’énergie interne ∆U du système avec la chaleur échangée Q et le travail mécanique W est donnée par : ∆ = + U W Q (I.2) D’où, pour un cycle, avecUqui est une constante, nous avons : W Q 0 + = (I.3) SiW 0 > et Q 0 < , le gaz reçoit du travail de l’extérieur alors, nous avons ce qu’on appelle une pompe à chaleur ou frigo. SiW 0 < et Q 0 > , le gaz reçoit de la chaleur et il s’agit dans ce cas d’un moteur thermique.
Principe général de fonctionnement de la pompe à chaleur
Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur à compression est identique à celui rencontré dans les systèmes de production frigorifique. Mais pour le cas des pompes à chaleur, l’énergie utilisée sera celle disponible du côté haute pression de l’installation [6]. Le transfert d’énergie entre la source froide et la source chaude de la pompe à chaleur s’effectue par l’intermédiaire d’un fluide frigorigène circulant en boucle fermée. Le fluide frigorigène (R134A) sous haute pression Pc passe à travers un détendeur vers une zone de pression plus faiblePv. Le fluide y subit une détente de Joule Thomson durant laquelle une partie se vaporise. Le R134A, partiellement vaporisé, entre ensuite dans un évaporateur et se trouve en contact avec l’eau à la température ambiante qui constitue la source froide, dont la température est néanmoins plus élevée que celle du fluide frigorigène. Le fluide externe caloporteur au niveau de l’évaporateur va se refroidir et céder ainsi l’énergie qu’il contient. Quant au R134A, il absorbe de la chaleur et s’évapore complètement à sous une température et une pression constante. La vapeur toujours à basse pression Pv est ensuite comprimée dans un compresseur et ressort à l’état de vapeur chaude à la même haute pressionPc. Au niveau du condenseur (par l’intermédiaire d’un échangeur), cette vapeur chaude échange de la chaleur avec l’eau froide, à la température ambiante. Le condenseur constitue la source chaude. L’eau reçoit ainsi de l’énergie thermique alors que la vapeur chaude de R134A subit une condensation à pression constantePc. Le liquide, sortant du condenseur, rencontre de nouveau le détendeur et le cycle se poursuit…
Méthode de programmation
Nous avons choisi MATLAB 6.5 comme logiciel de programmation. Nous sommes en présence d’un système d’équations non linéaires de 20 inconnues pour 20 équations. Ces inconnues sont : Q , P , T , T , T , , L , T , T , c c c ec sc sc 1 pic pec θ & R , Q , P , T , T , T , , L , T , T , Q . v v v au sv sv 2 piv pev L θ & & Pour résoudre ces équations, quelques paramètres seront initialisées avec des valeurs plausibles pour démarrer la simulation. En considérant l’approche systémique de cette étude, on peut détailler le système pour établir une relation entre chaque inconnue et chaque équation. Cette technique permet de linéariser au maximum les méthodes de résolution.
CONCLUSION GENERALE
En guise de conclusion, nous pouvons relever qu’il existe plusieurs méthodes pour optimiser le fonctionnement de la pompe à chaleur y compris l’optimisation des échangeurs de chaleur et du compresseur [11]. Mais dans ce travail, nous nous intéressons à l’optimisation des échangeurs tels que l’évaporateur et le condenseur. Selon les résultats obtenus précédemment, la fixation de la valeur du pourcentage des échanges entres l’eau et le fluide frigorigène R nous permet de trouver la longueur optimale du serpentin nécessaire. Et en faisant varier les autres paramètres comme P , P , m , m , m c v fc fv ec et mev , on aboutit également au résultat souhaité. Nous pouvons conclure que l’utilisation d’une pompe à chaleur est très intéressante si on veut obtenir de l’eau chaude à une température de l’ordre de 60 °C et que l’on peut modifier légèrement à volonté. Cette constatation est primordiale puisqu’il s’agit également du domaine de valeur des températures utilisées en séchage de produits agroalimentaire, le chauffage de bâtiment, etc. Tout cela implique la nécessité de la pompe à chaleur dans la vie quotidienne et dans le domaine industriel. Le modèle qu’on a utilisé dans cette tâche présente des atouts parce qu’il est facile à comprendre. En plus il aide beaucoup à l’interprétation des phénomènes physiques ayant lieu au sein des échangeurs. A titre de perspectives, nous pouvons proposer la construction d’une pompe à chaleur pour des travaux pratiques des étudiants en physique, la réalisation d’une enceinte climatique de détermination de vitesse de séchage en couche mince en améliorant la configuration adoptée dans le cas du système de pompe à chaleur utilisé à l’Université de Mahajanga dans le même but.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : ETUDE DE LA POMPE A CHALEUR
I.1- Théorie générale
I.1.1 Premier principe de la thermodynamique
I.1.2 Second principe
I.1.3 La quantité de chaleur échangée
I.1.4 Coefficients d’échanges thermiques
I.2 Configuration et principe général de fonctionnement du Système
I.2.1 Configuration du système
I.2.2 Principe général de fonctionnement de la pompe à chaleur
I.3 Représentation dans un diagramme de Mollier
CHAPITRE II : MODELISATION ET MISE EN EQUATIONS DU SYSTEME
II.1 Le système global
II.2 Modélisation des sous systèmes
II.2.1 Le condenseur
II.2.2 Le compresseur
II.2.3 Détendeur
II.2.4 L’évaporateur
II.2.5 Détermination des quelques paramètres structurels
CHAPITRE III : METHODE DE RESOLUTION ET ANALYSE DES RESULTATS DES SIMULATIONS
III.1 Méthode de programmation
III.2 Initialisation du système et paramètres structurels
III.3 Algorithme de résolution
III.4 Présentation et interprétation des résultats des simulations
CONLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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