Bonjour à tous,

Je souhaiterais que certains d'entre vous m'aidiez à comprendre les articles sur les échangeurs de chaleur qui composent les moteurs SABRE (pour Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) du projet de lanceur orbital monoétage réutilisable Skylon, de la firme britannique Reaction Engines Limited.

Ce que j'ai compris de la publication en question :

- Dans le HX4, un échangeur plate/channel (?) : de l’hélium à 200 bars et 699,5 K est refroidi à 42 K par de l’hydrogène à 200 bars qui chauffe de 35 K à 692,5K.

- Dans le HX3, un échangeur tubulaire à flux croisé : la combustion d'un mélange d'air riche en hydrogène du preburner, à une température indéterminée et une pression de 5 bars, réchauffe de l’hélium à 200 bars jusqu’à 950 K.

Ma première question est la suivante : que se passe-t-il dans le precooler (composé de HX1 et HX2) ?

L'article nous dit ceci :

In the described real engine cycle the precooler helium outlet temperature would be in reality be limited to approximately 950K due to material temperature limitations. [...] The precooler is thus split into two sections, HX1 and HX2. Following the high helium capacity rate heat exchanger, HX1, the remaining heat in the external air flow is then removed using a low temperature heat exchanger, HX2, that is not constrained by material temperature limitations and can therefore operate with capacity matched flows and closer to isentropic conditions. This additional ΔT in HX1, as well as the other entropy sources not considered in the example cycle e.g. plumbing losses etc., gives rise to a real cycle air pressure ratio of approximately 140.
D'abord, j'imagine que si le ratio de compression de l'air est de 140 au lieu de 202, il faut tout recalculer depuis le début pour les conditions de températures de pression du cycle thermodynamique ?

Ensuite, j'ai lu je ne sais plus où, que certaines centrales nucléaires de 4e génération pourraient utiliser de l'hélium à 800°C (ou est-ce 800 K ?) comme liquide caloporteur. Qu'est-ce qui dans le cas du SABRE, limiterait la température maximale à 950 K exactement ?

Aussi, est-il possible de calculer (dans le cas de gaz parfaits toujours), les conditions de pressions et de températures des différents gaz dans HX1 et dans HX2 ? Un autre article similaire, disponible ici, dit juste :

The very nature of low temperature heat transfer, however, constitutes a major source of entropy generation even at the lower ΔT’s achieved using a capacity matched counterflow arrangement. Since the low temperature heat exchanger must still remove almost 60% of the heat from the intake air flow, the performance of this heat exchanger, in terms of the ability to reduce ΔT, is critical to the performance gain of the whole engine cycle.
J'aimerais également que quelqu'un m'aide à vérifier une affirmation, que l'on trouve dans ce compte-rendu de recherches présentées en 1998 :

SABRE requires a 400 MW pre-cooler with a total installed matrix mass of approximately 600 kg. For helium pre-coolers, this represents an improvement of 30 times what is thought capable using established techniques [2].
Enfin, dans cet article, on classe les types d'échanges de différentes manières :

Types of heat exchanges: a) shell-and-tube, b) plates, c) open-flow, d) rotating-wheel.
Les échangeurs du precooler du SABRE sont-ils des échangeurs "à tubes" (shell-and-tube) ou "à flux ouvert" (open-flow) ?

Plus généralement, quelqu'un aurait-il plus d'infos sur l'aspect technique de la réalisation de l'échangeur décrit en page 6 de ce pdf.

Pour information, d'autres pdf sont disponibles ici :

PDF documents

Merci d'avance pour votre aide.