Etude des transferts de chaleur instationnaires au sein d'une machine frigorifique de stirling
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This report describes the results of an experimental study of instationary heat fluxes which occur in a refrigerating Stirling machine. A theoretical model is developed to establish a design concept of the machine. Calibration methods are presented to determine dynamical characteristics of pressure and temperature transducers. Heat transfer between gas and differents volume elements of the machine is described. A local monodimensional method analyses heat fluxes in term of complex Nusselt number and shows that heat flux is out of phase with bulk gas-wall temperature difference. The first law for an open thermodynamic system is applied to the three volumes of the machine and determine the performances of it. Data from the experimental setup are compared to the different theoretical results and show that optimal performances are obtained for high pressure level, high regenerator efficiency and low dead space volume. The optimal phase lag between expansion and compression volumes is 60ʿ to achieve best performances.
Abstract FR:
Ce travail concerne l'analyse expérimentale des flux de chaleur instationnaires au sein d'une machine frigorifique de Stirling ainsi que l'étude paramétrée de son fonctionnement. Un premier modèle théorique du cycle est développé dans le but de dimensionner et de réaliser la machine frigorifique. L'instrumentation ainsi que les méthodes d'étalonnages dynamiques des capteurs de pression et de température sont présentées. L'étude des échanges de chaleur entre le gaz et les différents volumes de la machine est menée suivant deux directions. Une première analyse monodimensionnelle, de type local, fait apparaître, à travers une écriture complexe, le déphasage existant entre le flux de chaleur et la différence de température entre le gaz et la paroi. Une deuxième analyse, de type global, permet d'établir les performances de la machine sous forme paramétrée, à partir d'un bilan thermodynamique appliqué aux trois volumes de la machine. Les mesures sont finalement comparées aux différents résultats théoriques et montrent que les performances de la machine croissent avec la pression, l'efficacité du régénérateur et chutent avec le volume mort. Les performances optimales sont réalisées pour un déphasage de 60ʿ entre les volumes de compression et de détente.