Étude et modélisation des systèmes de conversion électromagnétique et transfert thermique instationnaire
Ref: 1SC2410
Description
Ce cours apportera aux élèves un ensemble de connaissances nécessaires
pour aborder l'enseignement d'intégration. Il s'articule autour du
développement de modèles permettant d'étudier les systèmes de conversion
électromagnétique et les transferts thermiques instationnaires dans
le domaine des bâtiments. Il abordera, d'une part, les notions de base
sur les circuits électriques et magnétiques ainsi que les principes des
couplages magnétiques afin d'assurer la compréhension du fonctionnement
des systèmes électromagnétiques et d'autre part, les concepts
fondamentaux des transferts thermiques instationnaires (écriture des
équations d'évolution, résolution de quelques problèmes académiques
typiques, mise en évidence de longueurs et temps caractéristiques).
Plusieurs approches de modélisation (analytiques, semi-analytiques et
numériques) sont présentées pour résoudre des problèmes
électromagnétique ou/et thermique.
Période(s) du cours
ST2
Prérequis
- Il est préférable d'avoir suivi les cours de science pour l'ingénieur: énergie électrique et sciences des transferts
Syllabus
Partie électromagnétique:
- Principe de base des circuits électrique et magnétique (calcul des puissances, calcul du champ magnétique, notion du circuit magnétique, inductances propre et mutuelle, énergie magnétique, ...)
- Différentes approches de modélisation (analytique et numérique) pour résoudre un problème électromagnétique
- Transfert d'énergie sans contact par induction
- Différentes approches de modélisation d'un coupleur pour la détermination des éléments du schéma électrique équivalent
- Rayonnement électromagnétique et la minimisation du champ magnétique
- compensation de l'énergie réactive
- convertisseurs de puissance (onduleur/redresseur)
- calcul des pertes et du rendement énergétique
- Différentes approches de modélisation d'un coupleur pour la détermination des éléments du schéma électrique équivalent
- TD 1 : Analyse analytique d'un système de conversion d'énergie électromagnétique
- TD 2 et 3 : Modélisation d'un système magnétique sous COMSOL
- TD 4 : Étude du rayonnement électromagnétique
Partie thermique:
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Équation de bilan d'énergie et conditions aux limites; notion de diffusivité thermique; théorèmes généraux: théorème de superposition et théorème Π, application à une géométrie semi-infinie (réponse aux temps courts): problèmes de la température imposée, du flux imposé et du régime périodique forcé.
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Application à une géométrie semi-infinie (réponse aux temps courts-suite); cas des milieux d'extension finie; temps caractéristiques de conduction et de transfert conducto-convectif, nombre de Biot ; quelques méthodes analytiques, semi-analytiques et numériques de résolution de problèmes de conduction thermique instationnaire.
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TD 5 : refroidissement d'une bille transparente + inertie thermique d'un bâtiment (début)
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TD 6 : inertie thermique d'un bâtiment (fin) avec résolution semi-analytique et numérique de l’équation de la chaleur
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TD 7 : Présentation de la modélothèque BuildSysPro, de sa structure, de sa modularité; illustration de la notion d'assemblage de modèles élémentaires pour construire un modèle de bâtiment complet; présentation des bibliothèques de bâtiments déjà présents dans la modélothèque; initiation aux bases du développement et de l'intégration de nouveaux modèles de bâtiments.
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TD 8 : manipulations en commun de la modélothèque, notamment autour des différentes notions qui seront utiles lors de l'enseignement d'intégration : choix d'un modèle de bâtiment, modification des propriétés du bâtiment, intégration de nouveaux modèles, lancement de simulations et post-traitement.
Composition du cours
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4 séances de cours de 1,5h
- 8 séances TD de 1,5h (groupe de 25 élèves) avec un groupe enseigné en Anglais
Ressources
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- Partie
électromagnétique : Mohamed Bensetti, Loïc Queval, Mike Kirkpatrick
- Partie thermique: Sean
Mccguire, Nicolas Vaysse et Mathieu Niezgoda.
- Partie
électromagnétique : Mohamed Bensetti, Loïc Queval, Mike Kirkpatrick
- Taille des TD: 25 élèves -
- Outils logiciels: Comsol/Matlab
Résultats de l'apprentissage couverts par le cours
Au terme de ce cours, les élèves seront capables de:
- Étudier, analyser et modéliser des problèmes électromagnétique et/ou thermique.
- Appliquer les concepts fondamentaux des transferts thermiques instationnaires pour étudier les performances énergétiques d'un bâtiment.
- Modéliser un système de recharge sans contact par induction et déterminer les paramètres électrique et magnétique.
- Mettre en œuvre des modèles adaptés pour modéliser des problèmes électromagnétique ou/et thermique.
- Utiliser des outils de modélisation multiphysique (électromagnétique et thermique).
- Valider et analyser des résultats obtenus par modélisation.
Support de cours, bibliographie
- Supports de cours sous forme ppt
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Principes et composants de l'électrotechnique - support de cours - G. PIERRON
- Site internet du logiciel Comsol : https://www.comsol.fr/models
- J. Taine, F. Enguehard, E. Iacona, "Transfert thermiques - Introduction aux transferts d'énergie", 5ème édition, Dunod 2014.
- F. Incropera, D. Dewitt, T. Bergman, A. Lavine, " Fundamentals of heat and mass transfer", 6ème édition, Wiley, 2007
- Site internet d'installation du logiciel BuildSysPro et tutoriels d'utilisation du logiciel : https://github/edf-enerbat/BuildSysPro