Compresseur thermocinétique THERMOKIN - calcul avec le logiciel Cedre

10/10/2008

Le compresseur thermocinétique a la particularité de ne pas utiliser de pièce mobile, de type rotor, pour comprimer un gaz, et produire de l'électricité.

Son principe de fonctionnement, relativement simple, repose sur la combinaison des effets de vitesse et de refroidissement d'un gaz, à des échelles non observables naturellement. 
Il est basé sur le fait qu'un prélèvement de chaleur, effectué sur un gaz s'écoulant à très haute vitesse dans une canalisation, conduit à une baisse de son entropie et à un accroissement de sa pression totale.

L'équipement inclut essentiellement un premier col de section réglable permettant d'amener le gaz à comprimer à une vitesse supersonique, des buses permettant d'injecter à très haute vitesse des particules d'eau très finement pulvérisée, un convergent permettant de comprimer la mixture en la maintenant à une vitesse supersonique, et un second col de section réglable permettant de ramener la vitesse à une valeur sonique au col, puis subsonique à travers une onde de pression droite.

 

L'objectif de l'étude, confiée à Andheo sous l'égide de l'Onera, était double :

  • vérifier les performances annoncées par Thermokin

  • optimiser le système pour maximiser la compression

Le calcul a nécessité une modélisation particulièrement complexe :

  • fluide visqueux

  • écoulement turbulent

  • écoulement compressible

  • écoulement diphasique gaz-liquide

  • écoulement multi-espèces

  • chaleurs spécifiques fonction de la température

Finalement, le calcul a confirmé les prédictions de THERMOKIN, comme le montre le champ de pression représenté sur la figure ci-dessous: la pression, jaune à l'entrée, rouge à la sortie, a bien augmentée !

Par ailleurs, Andheo a proposé des moyens d'optimisation en intervenant sur les éléments suivants:

  • nombre, géométrie et débit des injecteurs, afin d'homogénéiser le refroidissement

  • géométrie des convergents, divergents et du col, afin de minimiser des pertes de charges aérodynamiques

 

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