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RÉSUMÉ
Thermoptim est un progiciel qui permet de calculer aisément des cycles thermodynamiques, des plus simples aux plus complexes, sans recourir à des simplifications outrancières, ni se livrer à des calculs fastidieux. Il combine, d'une part une analyse systémique du projet étudié, mettant en évidence ses principaux éléments fonctionnels et leurs interconnexions, et d'autre part une modélisation thermique et thermodynamique en régime stationnaire de ses différents composants. Ses principales fonctionnalités s'étendent depuis les éléments de base du noyau jusqu'aux fonctions avancées, notamment celles que lui confère son mécanisme d'extension. Utilisé dans plus de 120 établissements d'enseignement, aussi bien que par de nombreux industriels, Thermoptim permet de renouveler en profondeur la modélisation en thermodynamique appliquée.
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Thermoptim is a software package that allows for the simple calculation of thermodynamic cycles, from the simplest to the most complex, without resorting to over-simplifications, or carrying out tedious calculations. It combines, on the one hand, a systemic analysis of the project studied, highlighting its major functional elements and their interconnections, and on the other, a thermal and thermodynamic modeling in the stationary regime of its various components. Its main functions range from the basic core elements up to advanced functions, and notably those provided by its extension mechanism. Used in more than 120 educational institutions, as well as by a large number of industrialists, the Thermoptim allows for an in-depth renewal of modeling in applied thermodynamics.
Auteur(s)
-
Renaud GICQUEL : Professeur Mines ParisTech -
INTRODUCTION
Modéliser des systèmes thermodynamiques est un exercice considéré comme particulièrement difficile pour de nombreuses raisons, du fait que :
-
la discipline fait appel à certains concepts fondamentaux délicats à maîtriser, comme l'énergie interne, l'enthalpie ou l'entropie ;
-
les calculs à effectuer sont presque toujours complexes, tant sur le plan formel que numérique, notamment en système fermé ;
-
les lois même les plus simples sont fortement non linéaires.
De surcroît, lorsque l'on approfondit un peu les choses, on est amené à distinguer deux niveaux dans les modèles :
-
les modèles phénoménologiques qui donnent accès au calcul des cycles thermodynamiques, indépendamment du choix d'une technologie de composant particulière ;
-
les modèles de dimensionnement technologique et de simulation en régime non nominal qui fournissent non seulement les mêmes résultats que les précédents, mais, grâce à la prise en compte d'équations complémentaires spécifiques aux technologies choisies, permettent en plus de dimensionner précisément les divers composants puis, une fois ce travail réalisé, d'étudier le comportement du système considéré en dehors des conditions de fonctionnement pour lesquelles il a été dimensionné.
Cette seconde classe de modèles n'a été jusqu'ici que peu étudiée, bien qu'elle soit la seule qui permette de vraiment répondre aux questions que se posent la plupart des modélisateurs. Cette situation un peu paradoxale provient de ce que de tels modèles sont beaucoup plus difficiles à écrire et à résoudre que les calculs de cycles, ces derniers étant déjà souvent assez complexes. Faute de disposer d'outils appropriés, les modélisateurs ont jusqu'ici été contraints de limiter leurs ambitions en la matière.
Précisons bien que ce que nous appelons régime non nominal correspond au fonctionnement stabilisé d'une installation pour des conditions opératoires différentes de celles pour lesquelles elle a été dimensionnée : il ne s'agit pas d'étudier le régime transitoire rapide résultant par exemple des actuateurs d'une régulation.
Le progiciel Thermoptim a été bâti pour faciliter et sécuriser la modélisation des technologies de conversion de l'énergie. Ses fonctionnalités lui permettent dorénavant d'effectuer aussi bien des études de cycles que d'aborder la simulation en régime non nominal de divers systèmes, comme nous le montrons dans cet article.
Utilisé dans plus de 120 établissements d'enseignement et par de nombreux industriels, Thermoptim permet ainsi de profondément renouveler la modélisation en thermodynamique appliquée.
L'intérêt qu'il a suscité depuis sa diffusion initiale en 1998 par les Techniques de l'Ingénieur sous le nom de ThermoCalc a justifié la mise au point de nombreuses ressources pédagogiques numériques destinées à faciliter sa prise en main et son utilisation, qui sont aujourd'hui rassemblées dans le portail Thermoptim-UNIT auquel nous renvoyons le lecteur.
KEYWORDS
exergy | off-désign | simulation | modeling | optimization
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 2005 par Renaud GICQUEL
- Version archivée 2 de juil. 2009 par Renaud GICQUEL
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Conclusion
Le progiciel Thermoptim propose à ses utilisateurs une boîte à outils leur permettant d'étudier de très nombreux systèmes énergétiques, des plus simples comme les exemples classiques enseignés aux étudiants aux plus complexes actuellement étudiés par les bureaux d'étude et les industriels.
Diffusé depuis 2001, il est aujourd'hui bien stabilisé et de nombreux exemples de cycles sont disponibles pour faciliter sa prise en mains. Son mécanisme d'extension lui confère une grande adaptabilité pour suivre l'évolution des besoins.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques, Tome 1 : méthodologie d'analyse, bases de thermodynamique, Thermoptim. - Presses de l'École des Mines de Paris, 2e édition, janv. 2009.
-
(2) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques, Tome 2 : applications. - Presses de l'École des Mines de Paris, 2e édition, janv. 2009.
-
(3) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques, Tome 3 : cycles et modélisations avancés, systèmes innovants à faible impact environnemental, - Presses de l'École des Mines de Paris, janv. 2009.
-
(4) - LINNHOFF (B.), HINDMARSH (E.) - The pinch design method for heat exchanger networks. - Chemical Engineering Sc., vol. 38, no 5, p. 745-763 (1983).
-
(5) - GOURLIA (J.P.) - La méthode du pincement ou exploitation des diagrammes température/enthalpie. Notions de base. - Revue Générale de Thermique, no 327, Paris (1989).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Version de démonstration de Thermoptim http://www.s4e2.com/drupal7/content/telechargement ?language=fr
Modélothèque de Thermoptim (liste des classes externes disponibles) http://www.thermoptim.org/sections/logiciels/thermoptim/modelotheque/modeles-disponibles
Ressources diverses (dont la macro Excel de post-traitement des fichiers Thermoptim) http://www.thermoptim.org/sections/logiciels/thermoptim/ressources
HAUT DE PAGE
De nombreuses ressources numériques relatives à l'énergétique sont intégrées dans le portail Thermoptim-UNIT http://www.thermoptim.org
Distribution de Thermoptim http://www.s4e2.com
Documentation de Thermoptim (manuels de référence, guides de prise en mains) http://www.thermoptim.org/sections/logiciels/thermoptim/documentation
Liste des corps purs disponibles dans Thermoptim http://www.thermoptim.org/sections/logiciels/thermoptim/presentation/differentes-versions
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