Étude d’une méthode nodale pour la modélisation numérique des échangeurs de chaleur

International audienceDepuis la révolution industrielle, la croissance et l’évolution du secteur du transport sont sources de recherche. L’arrivée du moteur à combustion interne dans l’automobile a provoqué une augmentation de la consommation énergétique. Ainsi de nouvelles problématiques écologiques émergent. Différentes alternatives au moteur thermique, comme celui électrique, ont été développées. Cependant, la recherche sur les moteurs thermiques se poursuit pour répondre au enjeux environnementaux et économiques.Afin d’améliorer le rendement des systèmes existants, la recherche s’intéresse à une réduction de la consommation de carburant induisant une réduction des émissions de polluants. Le turbocompresseur est une des principales avancées technologiques.Mais un nouveau problème se pose avec l’augmentation de la température de l’air d’admission. Une température peu élevée permet l’accroissement de la masse de gaz qui pénètre dans le cylindre. Si cette dernière dépasse un seuil, des phénomènes de cliquetis peuvent apparaitre : une auto inflammation du mélange comburant et carburant se produit avant que le piston soit au point mort haut. Pour éviter ces situations, les constructeurs automobiles installent un échangeur de chaleur sur le circuit d’alimentation d’air. En effet, un échangeur est un dispositif permettant le transfert de chaleur entre au moins deux fluides ayant une différence de température, sans qu’il y ait pour autant transfert de masse [Kak02]. Ce type d’échangeur aura un régime de fonctionnement instationnaire rythmé par les ouvertures des soupapes d’admission. Or le dimensionnement des échangeurs de chaleur est un problème étudié par la communauté scientifique [SI08]. Des méthodes de calcul existent comme celle de l’efficacité et du nombre d’unité de transfert [Sto96]. Comme la majorité des études et des modèles génériques [LWD+04] sont en régimestationnaire, les résultats ne sont pas utilisables dans le cas d’une modélisation en régime instationnaire. Cependant, quelques modèles numériques et analytiques en transitoire ont fait leur apparition depuis les années 70-80 [Rom83].Les échangeurs de chaleur sont majoritairement utilisés pour le refroidissement du moteur thermique. Ils existent sous différentes géométries : à tubes, à ailettes, en mousse. L’échangeur sur lequel porte cette étude est un échangeur air/eau dit WCACpourWater cooled Charge Air Cooler. Son rôle est de refroidir l’air d’admission pour augmenter son débit massique. L’échangeur utilise comme source froide le liquide de refroidissement déjà présent dans le véhicule. Celui-ci permet une perte de chargemoins importante, une température de l’air plus stable et donc une meilleure combustion. Ainsi, cela entraine une réduction de la consommation, et aussi une meilleure réponse du moteur.Notre travail consiste à modéliser cet échangeur cette échangeur thermique en trois dimensions. En effet, les codes de calcul généralement utilisés comme la CFD pour Computation Fluid Dynamique sont des outils efficaces. Mais le temps de calcul esttrès long. Notre étude repose sur une méthode dit "nodale" afin de gagner en temps de calcul