Simuler le comportement dynamique des échangeurs stockeurs utilisant les MCP

Analyse des résultats expérimentaux et performances des outils de simulation

Ce chapitre présente la validation des modèles numériques développés pour simuler le comportement dynamique des échangeurs stockeurs utilisant les MCP. Le modèle d’échangeurs est tout d’abord validé par comparaison des résultats numériques issus de la discrétisation du modèle et des résultats expérimentaux obtenus avec des conditions contrôlées. Les performances du modèle thermique du couplage Système Air/MCP – Maison NAPEVOMO sont ensuite estimées à l’aide de mesure de température d’air effectuées en situation de régulation d’un confort d’été. Le modèle thermique présenté paragraphe 3.1.2 est développé pour les géométries d’encapsulation rectangulaire horizontale soumises à un écoulement d’air également horizontal. Dans l’optique d’une optimisation multi- objectifs (cf. chapitre 5), il est nécessaire de valider le domaine de validité du modèle. Pour cela, trois géométries caractéristiques du comportement du MCP dans son encapsulation ont été sélectionnées en utilisant les prototypes existants :  Le dispositif observé dans un premier temps permet d’exécuter des cycles de chauffe (rafraîchissement) et de refroidissement (régénération). Les résultats expérimentaux obtenus lors d’une expérience seront ensuite présentés et analysés. Enfin les résultats numériques issus du modèle thermique seront comparés aux mesures effectuées pour les 3 configurations et pour des débits et des températures d’air en entrée différents.  La figure 4. 1 montre le banc d’essai d’échangeur-stockeur qui a été conçu, réalisé et instrumenté pour tester le comportement d’échangeurs-stockeurs à l’échelle 1, dans des conditions de température d’air contrôlées. Le dispositif est composé d’un ventilateur d’une puissance de 120W intégrant une régulation de débit, d’une batterie chauffante électrique de 6 kW avec une régulation en température, d’un diaphragme permettant la mesure du débit par pression différentielle et enfin une climatisation mobile d’une puissance de 4 kW.

Le prototype N°1 est l’échangeur-stockeur développé pour la maison NAPEVOMO. Il est composé de 42 tubes d’aluminium de section rectangulaire (30mm x 40mm x 3440mm) uniformément espacés de 25 mm et répartis sur 7 rangées superposées en quinconce (cf. figure 4. 3). L’écoulement de l’air est globalement parallèle aux tubes ; toutefois des déflecteurs sont fixés le long de ces tubes afin d’assurer un écoulement réparti et turbulent. Les tubes d’aluminium sont interconnectés par un réseau ouvert de tubes en cuivre et remplis de la paraffine commerciale RT28 HC dont les propriétés sont spécifiées dans le paragraphe 3.2.2.3. La fonction principale de ce circuit ouvert est de diminuer la contrainte mécanique dans les tubes d’aluminium induite par l’augmentation de volume pendant la fusion du MCP. De plus, le circuit ouvert reliant les tubes d’aluminium permet leur remplissage du MCP. La masse totale de MCP contenue dans l’échangeur-stockeur est de 100 kg. Le faisceau de tube est disposé dans un caisson en bois de section extérieure 300mm x 400mm. Vingt thermocouples de type K sont installés dans l’échangeur-stockeur le long de l’écoulement de l’air. Deux thermocouples mesurant la température de l’air en entrée (A1) et en sortie (A11) de l’échangeur-stockeur. Dix-huit thermocouples mesurant la température de l’air et la température des tubes sont répartis sur neuf positions A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10 respectivement placées à 0m, 0,44m ; 0,78m ; 1,21m ; 1,60m ; 2,04m ; 2,46m ; 2,80m ; 3,22m de l’entrée du faisceau de tubes (cf. Figure 4. 5).

Le prototype N°2, a été conçu et fabriqué pour la maison SUMBIOSI. L’échangeur-stockeur est composé de 10 tiroirs métalliques disposés en parallèle et espacés verticalement de 20 mm (cf. figure 4. 4). Chaque tiroir contient 5 plaques d’aluminium serties contenant le MCP (300mm x 450mm x 20mm) et placées successivement. Les plaques sont remplies d’une paraffine commerciale Rubitherm RT21 dont la masse est estimée à 1,82 kg par vA partir des résultats expérimentaux qui sont présentés dans la section 4.1.2 et l’équation (4- 2), la figure 4. 10 et la figure 4. 11 montrent respectivement le coefficient d’échange entre l’air et la paroi suivant l’axe d’écoulement de l’air x pour les demi-cycles de régénération et de rafraîchissement du prototype N°1. La ligne discontinue sur chaque figure montre le coefficient d’échange moyenné suivant l’axe x et le temps.