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Etude expérimentale et théorique des moteurs Stirling à apport de chaleur externe : application aux machines de types Bêta et Gamma
| Auteurs principaux : | , , , |
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| Collectivités auteurs : | , , |
| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | français |
| Titre complet : | Etude expérimentale et théorique des moteurs Stirling à apport de chaleur externe : application aux machines de types Bêta et Gamma / Ramla Gheith; sous la direction de Fethi Aloui et Sassi Ben Nasrallah ; co-directeur Mohand Tazerout |
| Publié : |
[S.l.] :
[s.n.]
, 2011 |
| Accès en ligne : |
Accès Nantes Université
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| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Science de l Ingénieur, Génie des procédés : Nantes : 2011 |
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| Documents associés : | Reproduction de:
Etude expérimentale et théorique des moteurs Stirling à apport de chaleur externe : application aux machines de types Bêta et Gamma |
| Variantes de titre : | Experimental and theoretical studies of Stirling engines with external supplied heat : application to a Beta and a Gamma engines |
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| Bibliographie : | Références bibliographiques Dans ce travail, il s'agit d'une étude théorique suivie d'investigations expérimentales fines pour optimiser les paramètres de fonctionnement d'un moteur Stirling. La partie théorique est une modélisation thermodynamique du fonctionnement des moteurs Stirling, basée sur les lois de gaz parfait et de gaz réel. Nous nous somme intéressés aux modèles adiabatique et quasi-stationnaire tout en considérant l'effet de la nature du fluide de travail quand la pression de charge augmente. Sur le plan expérimental, deux dispositifs expérimentaux de moteurs Stirling Béta et Gamma ont été utilisés. Le premier a été étudié en s'intéressant à l'importance de l'isolation ou non de sa chambre chaude. Les résultats ainsi obtenus ont mis en évidence le rôle du régénérateur et de l isolation thermique dans l amélioration des performances du moteur. Pour le deuxième cas, des régénérateurs de différents matériaux et de différentes porosités ont été étudiés en vue de chercher le milieu poreux le plus adéquat. Les résultats obtenus ont montré que, pour le moteur Stirling Gamma, le régénérateur en acier inoxydable et de porosité 85% permet l'obtention des meilleurs performances énergétiques. L optimisation des paramètres de fonctionnement de ce moteur a été effectuée selon une étude univariante classique, puis selon la méthode des plans d expériences. Une optimisation multicritères a été ainsi adapotée, et a conduit à un modèle empirique d'optimisation des paramètres de fonctionnement du moteur Stirling. Enfin, les modèles thermodynamiques établis ont été appliqués aux deux cas de moteurs. La confrontation entre les résultats théoriques et expérimentaux révèle une bonne concordance. In this work, we present a theoretical study followed by fine experimental investigations. The theoretical part is a thermodynamic modeling of Stirling engines operating cycles, based on the perfect gas and the real gas laws. We have adopted the adiabatic and the quasi-stationary models while taking in consideration the effect of the working fluid nature. Experimentally, two experimental devices were used: the Beta and the Gamma Stirling engines. For the first case, it was studied with and without thermal insulation of its hot room. The obtained results highlighted the role of the regenerator and of the thermal insulation in improving the engine performances. For the second configuration, five regenerators of different materials and different porosities were tested. The regenerator of stainless steel with 85% of porosity yields to the best energy performances of the Gamma Stirling engine. The optimization of this engine operating parameters was carried out according to the classical mono-variant study, then according to the methodology of experimental design. Mono-criterion and multi-criteria optimizations were proposed. They have resulted on an empirical model representing the mechanical power evolution versus the engine operating parameters. Finally, the established thermodynamic models were applied to both cases of Stirling engines. The comparison between the theoretical and the experimental results showed a good agreement. All these results helped to optimize the operating parameters of the Stirling engine. |