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FAUVET Damien · Brevet de Base Inscrit le: 28 Mar 2006 Messages: 72

Bonjour à tous,

Merci pour les encouragements Philippe, et ne t’inquiètes pas pour le prix Laurent, il sera abordable ce petit bijou…

Par contre James, je ne comprends pas bien ce que tu entends par « là j'ai peur qu'on soit dans le délire.... »…

Me serais’je trompé dans mes calculs ?!!!! Le BE de l’un des plus grand motoriste mondial serait’il aussi dans l’erreur en ayant validé mes calculs ?

Alors, sortons nos bouquins de thermo, et calculons (prends ton crayon James, et écrit avec moi…)

Soit un compresseur centrifuge, d’un rendement isentropique de 80%, avec un rapport de pression P2/P1=3,4, d’un débit massique M=0,8 kg/s, avec la chaleur spécifique à pression constante de l’air CP12=1005 J/kgK, la T° en entrée de compresseur T1=288K, la constante de l’air R=287, le coef gamma/(gamma-1)=3,5017…

Calculons l’élévation de T° en sortie de compresseur :

Ca fait combien ?

Allez, calculez moi la puissance absorbée par le compresseur maintenant :

Alors ?

Bon, vous faites ce genre d’exercice pour chaque élément du moteur : chambre de combustion, échangeur, turbine HP, turbine BP, etc………………..et vous me dites ce que vous trouvez… Comment, c’est trop long !!!

Bon, je vous donne tous les résultats des calculs intermédiaires dans les images du fichier Excel dans lequel j’ai rentré toutes les formules de thermo.
Regardez surtout le bilan en bas !

Il y a une feuille pour le décollage : Cs=0,213 kg/kW/h , P=98,95 kW

Et une pour la croisière 71% : Cs=0,222 kg/kW/h, P= 71,19 kW

Alors, convaincu James ?

Si tu as encore des doute, reportes-toi à l’excellent ouvrage « gas turbine engineering » de RT. Harman, pour les détails du calcul avec échangeur...

Pour la calif, Philippe a tout dit. Je signale au passage que la classe B a aussi disparu…

C’est bien de calculer, mais y’a la réalisation pratique aussi. Je vous joins des images du doc pdf sur l’échangeur Volvo, qui possède exactement les caractéristiques le rendant compatible avec mon turboprop…

Cet échangeur est constitué de 2x390 tôles de 1/10 de mm embouties et soudées au laser, il pèse 140 kg et a une durée de vie de 60 000 H…

Vous verrez dans mon fichier Excel une estimation de la masse de l’échangeur en fonction du matériau et de l’épaisseur des tôles, dont la solution XXX…

A bientôt

cp1315 · Administrateur Inscrit le: 07 Sep 2004 Messages: 1878

Salut Damien

Quand tu parle de rechauffer l'air sortant du compresseur, tu veux dire que tu rechauffe l'air déja chaud du à la compression, en sortie de compresseur pour le reinjecter dans la chambre de combustion ou bien tu veux dire que tu injectes de l'air déja réchauffé grace à ton echangeur air/air à l'entrée du compresseur, pour qu'il ressorte encore plus chaud en sortie de compresseur ?

L'echangeur air/air rechauffera t'il toute l'air néccessaire au fonctionnement de la turbine ou qu'une partie ?

Quel sera le debit d'air à l'interieur de l'echangeur air/air ?

Comment l'echangeur air/air sera t'il réchauffé ? Par tout les gaz chaud, une partie ? Flux forcé ?

Le gain de poids de l'échangeur sera t'il obtenu par la technologie de fabrication ou bien des materiaux employés ?

Merci Damien

FAUVET Damien · Brevet de Base Inscrit le: 28 Mar 2006 Messages: 72

Re-salut Laurent,

Que de questions !!!

Alors, dans l’ordre :

- Réponse 1 : pour le circuit d’air, c’est ta première proposition la bonne. C’est bien l’air qui sort du compresseur que l’on réchauffe (et non l’air qui y rentre), un peu comme le compresseur du turbo qui crache dans l’intercooler (sauf que là, c’est pour refroidir l’air avant de l’envoyer dans les cylindres)…

- Réponse 2 : oui, l’échangeur réchauffe la totalité de l’air sortant du compresseur…

- Réponse 3 : le débit d’air et la pression dans l’échangeur sont visibles ci-dessus, dans les images du fichier Excel (écrit petit, je te l’accorde) : débit massique au décollage = 0,8kg/s (0,7 en croisière) rapport de pression 3,4 bars au décollage (3,2 en croisière)…

- Réponse 4 : ce sont la totalité des gaz chauds sortant de la turbine BP qui permettent l’élévation de T°. Flux forcé : si tu parles de la convection forcée, la réponse est non. Convection forcée = échangeur à matrice rotative type Chrysler ou Rover…

- Réponse 5 : le gain de poids est obtenu en optimisant les deux points que tu cites…

Et voilà, tu sais tout !

A+

cp1315 · Administrateur Inscrit le: 07 Sep 2004 Messages: 1878

Attends, j'ai pas fini !!!! Jumpy

L'air sortant du compresseur est a quel temperature ?

L'echangeur augmente la temperature de combien de degres ?

La temperature des gaz en sortie de turbine est de combien ?

Une chose que j'ai du mal à saisir :

Dans un moteur turbo compressé intercooler, on cherche à refroidir l'air pour pour en augmenter la densité et pouvoir pour un meme volume, mettre plus de carburant et d'air pour le bruler. Donc plus de puissance pour un meme volume, c'est bien ça ?

Dans le cas de ta turbine, tu cherches à faire l'inverse !!!

Rassure toi Damien, je ne cherche pas à devellopper une turbine de mon coté !!! Laughing

Laurent

FAUVET Damien · Brevet de Base Inscrit le: 28 Mar 2006 Messages: 72

Salut Laurent,

Toutes les réponses à tes questions sont dans les images du fichier Excel ci-dessus :

Prends l’image « Décollage.jpg », et regardes les 3 premiers groupes de cellules :

Il y a « Données du compresseur » : ce sont les hypothèses de perfos du compresseur : rendement, rapport de pression, débit massique),
Il y a ensuite « Données nécessaires au calcul » : ce sont les caractéristiques de l’air et des constantes ( le Cp de l’air, les coefs R, gamma/(gamma-1), la T° de l’air)
Et puis il y a « Calculs » : c’est là que se trouve l’une des valeurs qui t’intéresse : à savoir T2 (la T° en sortie de compresseur) = 438,59 K (soit 164,85°C).

Tu as donc, dans ce tableau, toutes les pressions, T°, débits, etc…en chaque point du moteur. Les notations sont normalisées : dans les calculs de turbomachines, T1 sera toujours la temp ambiante (288 K en ISA), T2 la temp en sortie de compresseur, T2i le temp en sortie d’échangeur coté air, T3 la temp en sortie de chambre de combustion, la fameuse T4 qui est la temp en sortie de turbine HP, T5 la temp en sortie de turbine BP, T5i la temp en sortie d’échangeur coté gaz, etc, etc…

Comme tu peux le lire dans le tableau, et pour répondre complètement à tes questions, voici les valeurs que tu demandes (dans les normes de calculs, les T° sont en °K, et les élévations de T° en °C) :

T2 : 438,59 K (164,85°C)

T2i : 986,12 K (712,85°C) (le rendement de l’échangeur est de 90%, c’est à dire qu’il récupère 90% du delta de T° entre l’air qui sort du compresseur 438,59 K, et les gaz d’échappement du moteur qui sortent à 1046,5 K, soit 547,53°C récupérés … donc T2+547,53 = 438,59 + 547,53 = 986,12 = T2I … heum…la bonne énergie toute chaude…)
Donc l’air entre ensuite dans la chambre de combustion à 986,12 K, et en ressort à 1273 K…

T3 : 1273 K (1000°C) : c’est cette valeur de T° que le FADEC cherche à maintenir en dosant le débit de carburant dans la chambre, et c’est là que l’on comprend l’économie de carburant réalisée par l’échangeur. Je veux 1273 °K en sortie de chambre : si il n’y a pas d’échangeur, il faut que je porte la T° de l’air sortant du compresseur (et donc qui entre directement dans la chambre) de 438,59 K à 1273 K grâce à la seul combustion du carburant, soit 1273-438,59 = 834,41 °C à gagner.
Maintenant, je place mon échangeur entre le compresseur et la chambre de combustion. L’air entrant dans la chambre n’est plus à T2 = 438,59 K, mais à T2i = 986,12 K, pour atteindre mes 1273 K, l’élévation de T° par la combustion du carburant n’est plus que de 1273-986,12 = 286,88 °C…. no comment !

La suite est classique..

L’air sort de la turbine HP :

T4 = 1149,57 K (875,85°C)

Puis de la turbine BP :

T5 = 1046,5 K (772,85°C)

Puis au lieu de rejeter ces 1046,5 K directement dans la nature, il passe dans l’échangeur, qui, comme expliqué plus haut, en extirpe 90% du delta de T° avec T2…

L’air tiède sort finalement de l’échangeur et part dans le nature :

T5i = 499 K (225,85°C)

Oui Laurent, c’est ça pour le turbo : la fonction est d’apporter un surcroît de puissance en augmentant le taux de remplissage des cylindres.

L’échangeur, lui, sert à économiser du carburant (beaucoup de carburant).

En anglais, le cycle de ma turbine s’appel « régénérative engine ». Comme tu as vu plus haut, plus le delta T° est grand entre T2 et T5, plus on peut récupérer de la chaleur : il y a donc un autre cycle, encore plus performant que le mien, qui consiste à placer un intercooler avant l’échangeur, afin de refroidir les gaz sortant du compresseur (exactement comme pour un turbo) : ça s’appel « l’intercooled-régénérative-engine »…Voir projet MTU ci-après :

A+

Damien

cp1315 · Administrateur Inscrit le: 07 Sep 2004 Messages: 1878

Je suis perdu Damien !!!!!!

Cela t'etonne ? Laughing

Toi, tu cherche à rechauffer l'air en sortie de compresseur pour elever sa temperature afin que le delta avec la temperature des gaz en sortie ne soit pas trop elevé, pour limiter la consommation.

Ca ok !!!

Ensuite, tu parles de l'intercolled regenerative engine, plus performant, qui lui, au lieu de rechauffer l'air en sortie de compresseur, comme sur ta turbine, va la refroidir !!!!

Mais alors, pourquoi tu t'embetes à vouloir la rechauffer ???

J'ai peut etre raté un épisode ?

Laurent

FAUVET Damien · Brevet de Base Inscrit le: 28 Mar 2006 Messages: 72

Oui, tu as raté un petit truc :

Comme son nom l'indique, l'intercooled-regenarative-engine refroidit l’air avant de le réchauffer : c’est exactement mon turboprop avec un deuxième échangeur qui refroidit l’air sortant du compresseur.

Pour résumer, voici le trajet de l’air dans mon projet regenarative-engine :

1) Compresseur
2) échangeur coté air réchauffé grâce aux gaz d’échappement
3) chambre de combustion
4) turbine HP
5) turbine BP
6) échangeur coté gaz d’échappement réchauffant l’air sortant du compresseur
7) éjection dans la nature

Et maintenant le trajet dans l'intercooled-regenarative-engine :

1) Compresseur
2) échangeur refroidissant l’air du compresseur grâce à l’air ambiant (exactement comme un échangeur de turbo)
2) échangeur coté air réchauffé grâce aux gaz d’échappement
3) chambre de combustion
4) turbine HP
5) turbine BP
6) échangeur coté gaz d’échappement réchauffant l’air sortant du compresseur
7) éjection dans la nature

Dans l'intercooled-regenarative-engine, l’air circule dans un échangeur supplémentaire, pour être refroidi avant d’entrer dans le 2ème échangeur pour être réchauffé…ainsi, on augmente le delta T2/T5,et on récupère encore plus de chaleur… ça se comprend très bien en traçant le diagramme TS…

C’est compliqué la thermodynamique… hein !

Blague à part, ces turbines ont un potentiel de développement incroyablement supérieur aux moteurs à piston (diesel ou essence), qui, dans les décennies à venir, ne pourra gagner que quelques points de rendement, alors que les technos actuelles permettent déjà aux micro turbines de les dépasser.

Un point que je trouve crucial également, c’est le niveau d’émissions polluantes extrêmement bas de ces petites turbines. Voir ci-dessous le tableau comparatif des différents moteurs existant de nos jours :

FAUVET Damien · Brevet de Base Inscrit le: 28 Mar 2006 Messages: 72

Laurent, tu as écris

"Toi, tu cherche à rechauffer l'air en sortie de compresseur pour elever sa temperature afin que le delta avec la temperature des gaz en sortie ne soit pas trop elevé, pour limiter la consommation.

Ca ok !!! "

Eh bien NON ! C'est l'inverse, il faut que le delta T soit le plus grand possible entre T2 et T5 : plus le delta T est grand, plus on récupère de puissance… !!!

cp1315 · Administrateur Inscrit le: 07 Sep 2004 Messages: 1878