Simulation d'un circuit thermo-hydraulique, couplage avec un pompe centrifuge


Dans cette activité nous allons découvrir comment modéliser un circuit thermo-hydraulique simple, nous ferons appel à deux nouvelles bibliothèques, la bibliothèque thermo-hydraulique (thermal hydraulic, en orange) et la bibliothèque résistances thermo-hydrauliques (thermal hydraulic resistance en orange)

 Travail à réaliser:

A. Simulation du circuit sans la pompe

  1. Création du système à simuler par insertion et connexion de composants
    Réalisez le circuit en respectant ces consignes, la plupart des composants appartiennent à la bibliothèque thermal hydraulic sauf indication contraire:

    1. Le circuit est alimenté par une source de débit TFQPT0 

    2. Le signal d'entrée de la source de débit spécifiant la température sera alimenté par un signal constant constant  (composant de la bibliothèque signal)

    3. Le signal d'entrée de la source de débit spécifiant le débit sera alimenté par un signal en rampe ramp  (composant de la bibliothèque signal)

    4. Elle débite dans un circuit qu'on modélisera, pour simplifier, par une simple conduite hydraulique à laquelle on affectera une perte de charge globale hrpipe  (composant de la bibliothèque thermal hydraulic resistance).

    5. En sortie de circuit, le fluide sera évacué dans un réservoir à pression constante tank01 .

    6. Il faut spécifier les propriétés du fluide, pour cela il faut insérer un composant thf_fluid_data_10 , ce composant n'étant connecté à aucun autre composant.

  2. Choix des sous-modèles physiques à associer à chacun des composants
    1. Pour le réservoir à pression constante tank01 vous choisirez le sous-modèle TFTK0.

    2. Pour les propriétés du fluide, choisir le sous-modèle correspondant à l'eau, c'est à dire TFFD3_PURE_WATER.

    3. Pour la conduite hydraulique, vous devez choisir un modèle avec frottement (friction), sinon il n'y aura pas de perte de charge. Le sous modèle le plus simple, le TFL001R, convient.

  3. Définitions des paramètres numériques associés aux composants
    Voici les paramètres à fixer pour les différents composants, laissez tous les paramètres non définis dans ce tableau à leur valeur par défaut.

    Composant
    Sous-modèle
    Variable
    Valeur
    Signal donnant la température pour la source de débit CONS00 Constant value 20
    Signal donnant le débit pour la source de débit RAMP0
    -
    		 A vous de fixer les paramètres de manière à ce que la source de débit varie de 0,1 l/mn à 200 l/mn en 10 secondes.
    Signal donnant la pression pour la source de débit Constant value
    -
    		 2
    Conduite de circuit siège des pertes de charge TFL001R
    -
    		 Vous devez fixer les paramètres de manière à avoir au total 30 mètres de canalisation de diamètre 25mm et de rugosité relative 10^-5
    Réservoir de sortie TFTK0 tank pressure 1 barA
  4. Calculs et exploitation des résultats
    1. Lancez un calcul

    2. Tracez la courbe caractéristique du circuit , soit la perte de pression dans l'ensemble du circuit en fonction du débit dans celui-ci. Pour réaliser cette opération faites apparaître la fenêtre Post processing et consultez l'animation montrant comment créer une variable calculée en fonction d'autres variables et l'animation montrant comment tracer l'évolution d'une variable en fonction d'une seconde variable autre que le temps.

    3. Tracez en superposition de celle-ci, la courbe caractéristique de la pompe. Pour cela vous devez d'abord enregistrer dans vos dossiers le fichier donnant les courbes caractéristiques de la pompe en cliquant sur ce lien (clic droit pour enregistrez le fichier dans le dossier où se trouve votre fichier AMESim) .
      Lisez le débit de fonctionnement de la pompe dans ce circuit.

B. Simulation du circuit avec la pompe centrifuge

Vous pouvez réaliser ce second circuit dans le même fichier ou dans un nouveau fichier. Si vous le réalisez dans le même fichier, ne rajoutez pas à nouveau la fonction de propriétés du fluide, celle déjà placée sera valable pour les deux circuits.
  1. Création du système à simuler par insertion et connexion de composants
    Réalisez le circuit en respectant ces consignes:

    1. Le fluide est mis en mouvement par une pompe centrifuge tf_centrif_pump (composant de la bibliothèque thermal hydraulic resistance)

    2. La pompe est entraînée par un moteur pmover01  (composant de la bibliothèque mechanical)

      L'assemblage pompe moteur sera donc connecté ainsi:

    3. Elle aspire le fluide à partir d'un réservoir à pression constante thf_pressure_source 

    4. Pour le circuit et le réservoir de sortie, on prendra les mêmes composants que dans la partie précédente. Il est conseillé de réintroduire les fonctions à partir de la première bibliothèque et pas de les copier/coller du premier circuit.

  2. Choix des sous-modèles physiques à associer à chacun des composants
    1. Pour la source à pression constante, choisir le sous-modèle TFPTS.

    2. Pour la pompe centrifuge, choisir le sous-modèle TFPU000.

    3. Pour le moteur, choisir le sous-modèle PM000.

    4. Pour le réservoir de sortie, choisir le sous-modèle TFTK0.

    5. Pour la conduite siège des pertes de charge, il faut choisir un sous-modèle qui représente le frottement au sein du fluide, par exemple le TFLR.

  3. Définitions des paramètres numériques associés aux composants
    Voici les paramètres à fixer pour les différents composants, laissez tous les paramètres non définis dans ce tableau à leur valeur par défaut.

    Composant
    Sous-modèle
    Variable
    Valeur
    Réservoir source TFPTS Pressure at port 1 1 barA
    Réservoir source TFPTS temperature at port 1 20 degC
    Pompe centrifuge HRPU0 characterization mode f(qv)
    La caractéristique de la pompe à fournir est la table d'augmentation de pression en fonction du débit à une vitesse donnée.
    Pompe centrifuge HRPU0 reference parameters -> reference speed 1500 rev/min
    c'est la vitesse de rotation correspondant à la caractéristique de pompe fournie dans le fichier.
    Pompe centrifuge HRPU0 pressure difference table -> filename fo dp[bar]=... Il s'agit ici de spécifier l'adresse du fichier donnant les courbes caractéristiques de la pompe.
    Télécharger le fichier en cliquant sur ce lien (clic droit pour enregistrez le fichier dans le dossier où se trouve votre fichier AMESim).
    Moteur PM000 Shaft speed 1500 rev/mn
    Perte de charge -
    -
    		 Vous devez fixer les paramètres de manière à avoir au total 30 mètres de canalisation de diamètre 25mm et de rugosité relative 10^-5
    Réservoir de sortie TK000 tank pressure 1 barA
  4. Calculs et exploitation des résultats
    1. Lancez un calcul

    2. Déterminez le débit dans le circuit. Est-ce cohérent avec la première partie du sujet ?

    3. Copiez et collez votre circuit dans le même fichier

    4. Modifiez ce nouveau circuit de manière à avoir deux fois la même pompe en série, déterminez le nouveau débit dans le circuit



    5. Copiez et collez à nouveau le circuit original dans le même fichier

    6. Modifiez le circuit de manière à avoir deux fois la même pompe en parallèle, déterminez le nouveau débit dans le circuit.
      Est-ce que les résultats obtenus avec deux pompes vous semblent cohérents ?



    7. Une fois votre travail terminé, fermez votre fichier et purgez-le.