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Progiciels de thermodynamique

Cet article fait suite aux articles « Diagrammes thermodynamiques – Généralités à Diagrammes thermodynamiques – Mélanges humides et combustion » dans lesquels ont été présentés les diagrammes relatifs aux corps purs et aux mélanges. Il traite des progiciels utilisés en thermodynamique.

Les diagrammes présentent le très grand intérêt de fournir une représentation visuelle des propriétés d’un fluide dans son domaine d’utilisation, et se prêtent très bien aux analyses qualitatives des évolutions que peut subir ce fluide dans les opérations industrielles, mais leur précision de lecture est relativement mauvaise et leur utilité faible pour le dimensionnement où souvent on a besoin d’une représentation continue (calculs de distillation…).

Pour des analyses quantitatives, on préfère aujourd’hui compléter les diagrammes par l’utilisation de progiciels (contraction des deux termes « produit logiciel » caractérisant un logiciel standard développé pour répondre à un cahier des charges générique non spécifique à un seul utilisateur). Les progiciels de thermodynamique sont des outils informatiques qui permettent de calculer l’état thermodynamique d’un fluide dans un large intervalle de ses variables d’état. Pour cela, ils ont recours à des formulations mathématiques de leurs propriétés, basées sur des équations dont la forme et les paramètres ont été ajustés ou sont ajustables par comparaison avec des valeurs expérimentales relevées par les laboratoires de recherche et publiées dans la littérature ou dans des bases de données. Les principales équations d’état sont ajustées par des techniques numériques et les équations différentielles de la thermodynamique permettent d’en déduire les fonctions dérivées.

Lorsqu’une même formulation ne permet pas d’obtenir une précision suffisante dans tout le domaine d’utilisation du fluide, celui-ci est subdivisé en plusieurs régions, chacune décrite par une formulation appropriée (zones liquides, d’équilibre liquide-vapeur, de vapeur…). Aux frontières de ces régions, de petits écarts de valeur peuvent exister. Un exemple, concernant l’eau, est donné dans cet article.

Étant donné que les variables d’entrée intéressant un utilisateur donné ne sont pas nécessairement celles qui apparaissent dans les formulations mathématiques retenues, il est souvent nécessaire d’effectuer des changements de variables, en inversant de manière plus ou moins complexe les équations d’état du progiciel. Dans certains cas, des difficultés de convergence peuvent apparaître.