Optimisation numérique des paramètres géométrique de l’échangeur d’un système de Rankine sur un moteur de tracteur agricole

International audienceLa réduction des émissions de CO2 des moteurs à combustion interne de l’avenir est un objectif important des constructeurs. La récupération d’énergie des gaz d’échappement par cycle de Rankine est une méthode permettant d’améliorer l’efficacité globale des moteurs. Un moteur de tracteur agricole a été retenu pour le développement d’un tel système. Ce moteur est particulièrement bien approprié car l’étude expérimentale préliminaire du fonctionnement du tracteur a montré que le moteur fonctionne à vitesse constante et au voisinage de la pleine charge. Une première étude [1] nous a permis de déterminer l’enthalpie des gaz d’échappement pour certains points de fonctionnement. D’après les résultats obtenus, l’enthalpie varie entre 50kW et 80kW. La température des gaz d’échappement se situe dans la gamme 700 – 800K. Ces valeurs sont obtenues pour un fonctionnement type du tracteur. Cet article étudie numériquement l’influence des paramètres géométriques (dimension, volume, surface de transfert de la chaleur, etc.) sur l’efficacité de l’échangeur ainsi que sur l’échappement du moteur. En particulier on montre que l’efficacité de transfert peut être augmentée par une diminution de la température moyenne du fluide froid du cycle de Rankine. De plus, pour chaque valeur du volume de l’échangeur il existe une valeur de surface de transfert optimale au-delà de laquelle la chaleur transférée reste constante. Enfin le volume de l’échangeur a un impact significatif sur la contrepression et la puissance effective du moteur. Cette influence augmente avec la vitesse du moteur