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Page de résumé pour ULgetd-10102011-084142

Auteur : Espinosa, Nicolas
URN : ULgetd-10102011-084142
Langue : Français/French
Titre : Contribution to the study of waste heat recovery systems on commercial trucks diesel engines/Contribution à l'étude de systèmes de récupération d'énergie pour moteur diesel de véhicules industriel
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences de l'ingénieur
Département : FSA - Département d'aérospatiale et de mécanique
Jury :
Nom : Titre :
Bonjour, Jocelyn Membre du jury/Committee Member
De Paepe, Michel Membre du jury/Committee Member
Descombes, Georges Membre du jury/Committee Member
Dewallef, Pierre Membre du jury/Committee Member
Lazard, Myriam Membre du jury/Committee Member
Scherrer, Hubert Membre du jury/Committee Member
Duysinx, Pierre Président du jury/Committee Chair
Lemort, Vincent Promoteur/Director
Mots-clés :
  • truck modeling/ récupération d'énergie
  • Waste heat recovery
  • Rankine system
  • thermoelectric generator
  • systèmes Rankine
  • générateurs thermoélectrique
  • poids-lourds
  • modélisation
Date de soutenance : 2011-10-24
Type d'accès : Restreint/Intranet
Résumé :

Fuel price increase as well as future fuel consumption regulations lead truck manufacturers to further enhance the current powertrain. In such a context, two waste heat recovery technologies appear as promising: the Rankine system as well as the thermoelectric generator. Both technologies are well studied within the past 30 years literature.

After a reminding of truck boundary conditions, this thesis work defines a 0-D modeling done under the engineering equation solver for both systems (approaches enabling to define the working fluid for the Rankine system). Then, for both systems a commercial tool is used to further investigate the two technologies.

For the thermoelectric generator this commercial tool, developed under Matlab, models a thermoelectric generator architecture (designed for mass production) developed in the frame of a research program. Parametric studies are done on the integration of a thermoelecric generator upstream the existing engine exhaust gas recirculation cooler. Main studies are done with $Mg_2Si$ and $MnSi$ as thermoelectric materials but other materials are also considered.

A Rankine system design is presented and modeled under a well known commercial 1-D solver used within the automotive industry. Preliminary validations of the model based on supplier modeling data are presented as well as the modeling validation of the turbine component tested. Transient aspects are evaluated to better understand the behavior of the system and its bottlenecks. The amount of refrigerant in the circuit and the control schematic are also addressed.

From these study, it appears that the thermoelectric generator technology is not yet mature for an integration into a long haul truck due too the low performance of thermoelectric materials. The Rankine system technology should handle a complete truck prototype testing to estimate its potential./

L'augmentation du prix du pétrole ainsi qu'une possible future réglementation des émissions de $CO_2$ encourage les fabriquants de véhicules industriels à trouver de nouvelles solutions pour améliorer encore la performance de la chaine cinématique. Dans ce cadre, deux solutions de récupérations d'énergie prometteuses sont très souvent rapportées dans la littérature: le système de récupération d'énergie par cycle de Rankine et le générateur thermoélectrique.

Après un rappel des conditions limites du fonctionnement d'un camion long routier, cette thèse démontre tout d'abort des modèles 0-D réalisés sous le solveur de calcul Engineering Equation Solver destinés à la meilleur compréhension de ces deux technologies (notamment le choix du fluide de travail pour le système Rankine). Puis, pour ces deux systèmes, des logiciels commerciaux sont utilisés.

Pour le générateur thermoélectrique, ce logiciel commercial développé sous Matlab dans le cadre d'un consortium de recherche, permet de modéliser une architecture inédite d'échangeur thermoélectrique (destinée à l'industrialisation). Des études paramétriques sont effectuées sur cette échangeur placé en amont de l'échangeur de recirculation des gaz d'échappement du moteur diesel. Ces études se basent principalement sur l'utilisation de deux matériaux prometteurs: le Mg2Si et le $MnSi$ mais d'autres matériaux thermoélectriques sont aussi considérés.

Une conception du système Rankine est présentée et modélisée avec un solveur commercial 1-D très utilisé dans l'industrie automobile. Des validations partielles sont réalisées sur les composants se basant sur les données transmises par les fournisseurs mais également sur des résultats de test de composants (turbine). Ce modèle a ensuite permis d'étudier les transitoires du système pour mieux comprendre son fonctionnement. La charge en réfrigérant ainsi que le contrôle possible du système sont également abordés.

A partir de ces études, il semble que le générateur thermoélectrique ne soit pas encore mature pour son utilisation dans un camion long routier. En effet, les matériaux thermoélectriques devront encore être améliorés. Le système Rankine doit quand à lui être testé sur un camion prototype pour pouvoir véritablement estimer son potentiel final.

Autre version :
Fichiers :
Nom du fichier Taille Temps de chargement évalué (HH:MI:SS)
Modem 56K ADSL
[Restreint/Intranet] thesis_espinosa_bibliography_bictecl_depot.pdf 117.87 Kb 00:00:16 < 00:00:01
[Restreint/Intranet] thesis_espinosa_toc_bictel_depot.pdf 629.26 Kb 00:01:29 00:00:03
Fichiers accessibles par l'Internet [Public/Internet] ou que par l'Intranet [Restreint/Intranet].

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