Main Page/fr

Présentation

Le moteur Dada est une machine thermique inversible, qui fait travailler un gaz en circuit fermé entre deux cylindres de volumes différents, à travers deux échangeurs thermiques sélectionnés par des clapets passifs, de manière à approcher un cycle de Brayton/Joule. Il peut aussi bien servir de moteur à chaleur externe que de pompe à chaleur. Le gaz de travail peut être inerte : hélium, azote, ou de l’air.

Sur un principe proche existe depuis deux siècles le [moteur Stirling], ce dernier réalise les transferts thermiques au niveau des cylindres, l’idée ici est de transférer la chaleur quand le gaz passe d’un cylindre à l’autre. Durant son cycle la machine réalise une compression et une détente, entrecoupées de phases d’échanges thermiques idéalement isobares. Les clapets déterminent le sens de circulation dans les échangeurs. Entre la fin de la compression et le début de la détente, la totalité du gaz passe à travers l’échangeur chaud. Pendant la détente et jusqu’au début de la compression la totalité du gaz traverse l’échangeur froid.

Les échangeurs thermiques sont un élément clé de cette machine, ils doivent offrir une surface d’échange maximale pour un volume interne et des pertes de charges minimales. Pour l’instant seuls des échangeurs à microtubes ont été envisagés. Les cylindres et pistons sont conçus dans un matériau faiblement conducteur de chaleur. La cinématique des pistons peut être assurée par différents procédés, atteindre un rendement maximal demande un mouvement complexe qui peut être fidèlement approché avec un assemblage 6 barres, et un simple système bielle-manivelle permettra un fonctionnement avec un rendement dégradé. Pour un usage en réfrigération de nombreux mécanismes sont envisageables comme cames, vérins, solénoïdes …

Il n’existe pas encore de prototype du moteur Dada. Une étude thermodynamique et mécanique complète a été réalisée, et a servi de base à la conception d’un simulateur 0D. C’est un projet ouvert et libre, toute aide est bienvenue.

Cycle moteur

Phase I — échange basse pression, idéalement isobare

La quasi-totalité du gaz est transférée du grand cylindre vers le petit cylindre à travers l’échangeur froid, de la chaleur est extraite du gaz, son volume et sa température diminuent.

Phase II — Compression, idéalement adiabatique

Le grand cylindre se ferme complètement, le petit cylindre compresse le gaz, le volume diminue, pression et température augmentent.

Phase III — échange haute pression, idéalement isobare

La totalité du gaz est transférée du petit cylindre vers le grand cylindre à travers l’échangeur chaud, il absorbe de la chaleur, son volume et sa température augmentent.

Phase IV — Expansion, ideally adiabatic

The large cylinder opens fully, the small cylinder participates in the expansion and opens slightly, the volume of the gas increases, while the pressure and temperature decrease.

Receiver cycle (heat pump, refrigerator)

Phase I — Compression, ideally adiabatic

The small cylinder closes completely, the large cylinder closes partially, the volume decreases, while the pressure and temperature increase.

Phase II — High-pressure heat exchange, ideally isobaric

All the gas is transferred from the large cylinder to the small cylinder via the hot heat exchanger, the gas releases heat there, its volume and temperature decrease.

Phase III — Expansion, ideally adiabatic

The small cylinder opens fully, the large cylinder participates in the expansion and opens slightly, the volume of the gas increases, while pressure and temperature decrease.

Phase IV — low-pressure heat exchange, ideally isobaric

Almost all of the gas is transferred from the small cylinder to the large cylinder via the cold heat exchanger, the gas absorbs heat there, and its volume and temperature increase.

Way to a real machine

In Dada engine, the heat exchangers remain active throughout the cycle, compression and expansion cannot be perfectly adiabatic. In order to minimise irreversibilities, these phases must be brief in relation to the thermal time constants, dead volumes and internal volumes of the heat exchangers will be kept to a minimum.

Heat transfer through the heat exchangers results in pressure drops, a perfect isobaric process is unachievable. To minimise these losses, the duration of the heat transfer is extended to limit the flow rate, and the heat exchangers must offer as little resistance as possible to the passage of the gas.

A comprehensive thermodynamic analysis of the cycle was carried out using extensive AI. I learnt a great deal while writing this, and although I believe this work to be rigorous, it requires an expert review: Thermodynamic_and_Mechanical_Study.

Based on the equations established in this study, a 0D simulator was developed in Python (entirely by AI, including documentation) in order to determine the optimal dimensions and parameters of this machine in various configurations: Dada_Engine_Solver. I used it to size a cooling cell using air as working gas, powered by a pedal mechanism. I hope to size an air small demonstrator engine in the coming weeks, followed by a heat pump and a motor using helium as working gas.

C’est libre ?

Totalement ! La description de cette invention est publiée ici sous licence Creative Commons Zero, cependant je ne peux vous garantir que tout ou partie de cette machine ne soit pas actuellement protégé par un brevet.

J’espère profondément que cette idée participe à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, et je suis convaincu que la rendre libre est la meilleure chose à faire pour faciliter son développement et sa diffusion rapide.

Vous pouvez aider !

En apportant au wiki vos idées, vos connaissances, des traductions, des corrections ; et aussi des liens vers vos réalisations au cas où vous ne souhaiteriez pas contribuer sous licence CC0.

Il suffit de s’inscrire, et éditer.

Vous pouvez aussi faire un don.