Cellule de refroidissement à pédales
Cette page présente un exemple de modélisation réalisée avec dada-engine-solver, vous le trouverez dans le dossier examples/pedal_cooling_cell/. Cette recherche n’a pas été suffisamment approfondie pour prétendre fournir un résultat optimal.
L’objectif est de dimensionner le moteur d’une cellule de refroidissement low-tech actionnable par pédalier. Le gaz de travail est de l’air, la charge initiale correspond à une pression de 1 bar lorsque la machine est dans sa position de volume maximal. La puissance visée pour le travail d’entrée est de 150W, le travail nécessaire pour la circulation des fluides caloporteurs externes ainsi que les pertes mécaniques n’ont pas été estimés.
Quelques essais m’ont montré que la vitesse maximale est vite atteinte, et le rendement est maximal quand la fréquence tend vers 0, au détriment de la puissance. La fréquence de 1,4Hz est reconnue comme confortable pour le pédalage, l’idéal aurait été une machine fonctionnant à 2,8Hz pour bénéficier d’un coup de pédale par compression, mais je n’ai pas trouvé de solution à ces fréquences là. J’en ai trouvé à 0,933Hz, soit une compression tous les 3 coups de pédale, ce qui pourrait être acceptable avec une roue d’inertie adaptée.
Sources temperatures were set at 25°C for the hot source and -15°C for the cold source, with the aim of producing ice. The wiped volumes of the cylinders are approximately 14.2 and 10.8 l. Each microtube heat exchangers consist of approximately 220 tubes with an internal diameter of 3 mm, measuring approximately 48 cm in length for the hot exchanger and 31 cm for the cold exchanger. Simulations show that efficiency improves by increasing the number of tubes, combined with a reduction in their length and internal diameter, which takes us away from the low-tech objective.
I achieved a COP of 1.64, equivalent to 25% of the Carnot COP, by operating this configuration using a synthetic law of motion. This is a purely thermodynamic COP, the only losses taken into account are the pressure drops in the heat exchangers.
I then adapted mechanical assemblies to approximate this law of motion, before optimising these mechanisms by seeking the maximum COP they could produce in this configuration, I subsequently sought further optimisation by jointly modifying both the mechanism and the thermodynamic component, which explains the final differences in dimensions. The maximum coefficients obtained with the slider-crank, 4-bar and 6-bar linkage mechanisms are 1.53, 1.57 and 1.6 respectively.
Below are animations of the three mechanisms tested, along with a link to the detailed HTML report generated by the software, you’ll have to download the file and open it from your drive. The mechanisms were deliberately chosen asymmetrical in order to give an idea of the variety of possible solutions.
