Refroidissement par air moteur électrique

[Haddock94]

Bonjour à tous !

C'est mon premier forum sur ce site (que je consulte depuis longtemps) et aujourd'hui je me lance à créer un forum.

Voici mon problème :

J'étudie le refroidissement par air d'un moteur électrique d'avion en utilisant cette formule :

W . t = Q= C × m × ∆t

avec :

Q (quantité de chaleur)
W (puissance chaîne moteur).
t (temps pour longer le moteur en s)
C (masse calorique air dans enceinte rigide)
m (masse air refroidissant le moteur)
∆t (delta température)

Pour commencer, je ne suis pas sûr que ma compréhension de la nature du t soit correcte et deuxièmement, ce que je cherche, c'est calculer l'écart de température à ne pas dépasser pour mon moteur.

Voici mes données et mon raisonnement:

Pour avoir un moteur de puissance identique au moteur thermique IO Lycoming 360 de 160 chevaux, il faut 119 kW.

Il faut d'abord estimer le flux de chaleur à dissiper, la puissance sur arbre représente 86 % environ de la puissance thermique délivrée par le carburant.
La puissance calorifique (les pertes) représentent donc 14 % de la puissance électrique. On obtient la puissance calorifique en multipliant la puissance mécanique du moteur par 0,14/0,86 = 0,163.

La puissance calorifique vaut donc 0,163 × 119 000 = 19,4 kw.

Nous allons prendre en moyenne une température de 25°C en ressenti, en pente de montée afin de calculer la section d'entrée et de sortie d'air possible la plus grande section de sortie d'air possible relatives à notre nouvelle motorisation. Dans ce cas :


• Vitesse de montée : Vo = 140 km/h ( 38,8 m/s )
• Température extérieure : To = 25° C
• Pression atmosphérique : Po = 1013 hPa

L’air entre à une température maxi de 25°C avec une masse volumique de 1,205 kg/m3 soit . Pour connaitre la température de sortie, nous allons utiliser cette équation sur une durée de montée qui permet de connaître la quantité de chaleur échangée par un système avec l'extérieur lorsque il est à pression constante et qu'il subit une variation de température :

L'avion monte à une vitesse de 38,8 m/s, le volume que prend l'air autour du moteur est de 0,6 mètre cube, et la longueur du monteur à refroidir est de 0,9 m, la durée que met l'air pour traverser le bloc moteur est de 0,023s.

t = 0,023s

Q =19 400 ×0,023 J = 446,2 J

Chaleur massique de l'air= 1005 J/(kg⋅K)

m (masse air refroidissant le moteur)= masse volumique de l'air × volume carter
= 0,001205 kg/L ×600 litres = 0,723 kg



On trouve ∆t = 0,614 °C, ce qui donne 25,624°C en sortie ... En gros mon moteur ne doit dépasser une température de 25,624°C ...

Mon résultat est évidemment faux.

J'aimerais savoir ce qui ne va pas dans mon calcul et/ou dans mon raisonnement

Bon week-end et merci d'avance pour vos réponses
-----

[Dynamix]

Salut

On trouve ∆t = 0,614 °C

0,614 °C en 0,023 seconde .

[RomVi]

Bonjour


L'avion ne fonctionne pas dans une boite fermé, l'air est renouvelé en continu. L'erreur vient du fait que tu prends une masse d'air, alors qu'il faut prendre un débit, alors t s'annule des 2 cotés de ta formule.

[PIXEL]

question subsidiaire pour ma culture...

quel accumulateur va te fournir 120 kW , pendant quel temps, et peser combien ??

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

question subsidiaire pour ma culture...

quel accumulateur va te fournir 120 kW , pendant quel temps, et peser combien ??

Un accu de 600 kg pour 1 heure d'autonomie ( Li po font 200 Wh/kg )

[PIXEL]

fichtre !!! ça fait de la masse à faire voler !

[calculair]

C'est la temperature moyenne de l'air en sortir, mais pas la temperature du moteur. La masse d'air en contact avec lre moteur est bien plus faible.....1mm d'epaisseur sur toute sa surface j'estime

Bonjour à tous !

C'est mon premier forum sur ce site (que je consulte depuis longtemps) et aujourd'hui je me lance à créer un forum.

Voici mon problème :

J'étudie le refroidissement par air d'un moteur électrique d'avion en utilisant cette formule :

W . t = Q= C × m × ∆t

avec :

Q (quantité de chaleur)
W (puissance chaîne moteur).
t (temps pour longer le moteur en s)
C (masse calorique air dans enceinte rigide)
m (masse air refroidissant le moteur)
∆t (delta température)

Pour commencer, je ne suis pas sûr que ma compréhension de la nature du t soit correcte et deuxièmement, ce que je cherche, c'est calculer l'écart de température à ne pas dépasser pour mon moteur.

Voici mes données et mon raisonnement:

Pour avoir un moteur de puissance identique au moteur thermique IO Lycoming 360 de 160 chevaux, il faut 119 kW.

Il faut d'abord estimer le flux de chaleur à dissiper, la puissance sur arbre représente 86 % environ de la puissance thermique délivrée par le carburant.
La puissance calorifique (les pertes) représentent donc 14 % de la puissance électrique. On obtient la puissance calorifique en multipliant la puissance mécanique du moteur par 0,14/0,86 = 0,163.

La puissance calorifique vaut donc 0,163 × 119 000 = 19,4 kw.

Nous allons prendre en moyenne une température de 25°C en ressenti, en pente de montée afin de calculer la section d'entrée et de sortie d'air possible la plus grande section de sortie d'air possible relatives à notre nouvelle motorisation. Dans ce cas :


• Vitesse de montée : Vo = 140 km/h ( 38,8 m/s )
• Température extérieure : To = 25° C
• Pression atmosphérique : Po = 1013 hPa

L’air entre à une température maxi de 25°C avec une masse volumique de 1,205 kg/m3 soit . Pour connaitre la température de sortie, nous allons utiliser cette équation sur une durée de montée qui permet de connaître la quantité de chaleur échangée par un système avec l'extérieur lorsque il est à pression constante et qu'il subit une variation de température :

L'avion monte à une vitesse de 38,8 m/s, le volume que prend l'air autour du moteur est de 0,6 mètre cube, et la longueur du monteur à refroidir est de 0,9 m, la durée que met l'air pour traverser le bloc moteur est de 0,023s.

t = 0,023s

Q =19 400 ×0,023 J = 446,2 J

Chaleur massique de l'air= 1005 J/(kg⋅K)

m (masse air refroidissant le moteur)= masse volumique de l'air × volume carter
= 0,001205 kg/L ×600 litres = 0,723 kg



On trouve ∆t = 0,614 °C, ce qui donne 25,624°C en sortie ... En gros mon moteur ne doit dépasser une température de 25,624°C ...

Mon résultat est évidemment faux.

J'aimerais savoir ce qui ne va pas dans mon calcul et/ou dans mon raisonnement

Bon week-end et merci d'avance pour vos réponses

[Haddock94]

question subsidiaire pour ma culture...

quel accumulateur va te fournir 120 kW , pendant quel temps, et peser combien ??

Accumulateur Ion métal polymère de 50 kg le Li-Po permet parfois d'éliminer la lourde enveloppe de métal je crois

[Haddock94]

Bonjour


L'avion ne fonctionne pas dans une boite fermé, l'air est renouvelé en continu. L'erreur vient du fait que tu prends une masse d'air, alors qu'il faut prendre un débit, alors t s'annule des 2 cotés de ta formule.

Du coup :

W . V (volume autour moteur) = Q= C × débit × ∆t ?

[PIXEL]

Accumulateur Ion métal polymère de 50 kg le Li-Po permet parfois d'éliminer la lourde enveloppe de métal je crois

ça fait quelle capacité ?

[Haddock94]

ça fait quelle capacité ?

D'après mon pote aux alentours de 1000 cycles (au risque de dire une connerie)

[Haddock94]

Calculair m'a donné la réponse ! tu gères mon pote !

[Dynamix]

quel accumulateur va te fournir 120 kW , pendant quel temps, et peser combien ??

Rien du tout .
C' et une expérience de pensée
Une idée en l' air .

[Haddock94]

Une question encore ... Dois - je prendre en compte les pertes par effet joule ?

[FC05]

Déjà la formule de départ ne sert pas vraiment pour calculer ce que tu veux.

Ce que tu cherches est le flux thermique, qui sera égal à la puissance perdue par ton moteur (à la louche 10% de la puissance mécanique).

Pour les formules : https://fr.wikipedia.org/wiki/Flux_thermique

Bon courage.

[Dynamix]

Les pertes joule sont comprises dans les 14%
Au passage , 14% c' est pessimiste .
Ce genre de moteur atteint des rendement de 95%

[Haddock94]

Déjà la formule de départ ne sert pas vraiment pour calculer ce que tu veux.

Ce que tu cherches est le flux thermique, qui sera égal à la puissance perdue par ton moteur (à la louche 10% de la puissance mécanique).

Pour les formules : https://fr.wikipedia.org/wiki/Flux_thermique

Bon courage.

Ducoup c'est faux ce que j'ai fais ?

[Haddock94]

Comme disait Montaigne " Qui me contredit m'instruit " et merci de ta remarque ! Arrête moi si je dis une bêtise mais j'ai l'impression que calculer la température de sortie peut s'effectuer comme j'ai fait ou alors comme tu me dis :

"Copier Coller" wikipédia ... :

Le flux thermique ou flux de chaleur, souvent noté \Phi, entre deux milieux de températures T_i différentes correspond au transfert thermique Q qui s'écoule par unité de temps entre les deux milieux :

https://upload.wikimedia.org/math/1/...92bc44e680.png

Lorsque ce flux thermique traverse une surface S, on obtient une densité de flux de chaleur notée \varphi telle que :

https://upload.wikimedia.org/math/4/...3d09757446.png

Et on a :

https://upload.wikimedia.org/math/a/...8832748b8c.png

Je reprends donc :

Q= 1/Rt ×S ×(Tc-Tf)× ∆t

Et selon ma formule :

W .t = Q = C × m × ∆t

Est ce équivalent ?

[RomVi]

La puissance évacuée entraine une augmentation de l'air qui vérifie P = Q x Cp x Dt
Il s'agit de la température moyenne de la totalité du flux d'air qui est passé dans le carénage du moteur, et ceci indépendamment de toute notion de résistance thermique ou d'une épaisseur d'air en contact.

[Dynamix]

La température que ne doit pas dépasser ton moteur est une caractéristique propre ce moteur .
Elle ne dépend pas du refroidissement .
Tu prends le problème à l' envers .
C' est le refroidissement qu' il faut calculer en fonction de la température maxi du moteur supposée connue .
Mais en général , sauf à boucher les entrées d' air , ce n' est pas un problème .

[Haddock94]

La puissance évacuée entraine une augmentation de l'air qui vérifie P = Q x Cp x Dt
Il s'agit de la température moyenne de la totalité du flux d'air qui est passé dans le carénage du moteur, et ceci indépendamment de toute notion de résistance thermique ou d'une épaisseur d'air en contact.

Je ne comprend pas ta formule

[Haddock94]

La température que ne doit pas dépasser ton moteur est une caractéristique propre ce moteur .
Elle ne dépend pas du refroidissement .
Tu prends le problème à l' envers .
C' est le refroidissement qu' il faut calculer en fonction de la température maxi du moteur supposée connue .
Mais en général , sauf à boucher les entrées d' air , ce n' est pas un problème .

Le moteur ne doit pas dépasser 130 degré celcius

[RomVi]

puissance (W) = débit massique (kg/s) x chaleur massique (J/kg °C) x différence de température entrée/sortie (°C)

[RomVi]

La température maximale que le moteur peut atteindre n'apporte rien au problème posé (à moins que tu en fasses la conception, dans ce cas le problème est beaucoup plus complexe).

[Haddock94]

puissance (W) = débit massique (kg/s) x chaleur massique (J/kg °C) x différence de température entrée/sortie (°C)

Penses tu que je doive utiliser cette équation donnée par FC05 ?

Q= 1/Rt ×S ×(Tc-Tf)× ∆t

Parce que je n'ai aucune idée du Rt.

[Haddock94]

La température que ne doit pas dépasser ton moteur est une caractéristique propre ce moteur .
Elle ne dépend pas du refroidissement .
Tu prends le problème à l' envers .
C' est le refroidissement qu' il faut calculer en fonction de la température maxi du moteur supposée connue .
Mais en général , sauf à boucher les entrées d' air , ce n' est pas un problème .

Ducoup je dois calculer le débit ?

[RomVi]

Ce qu'il faudrait surtout faire c'est poser clairement la problématique, est ce que tu veux vérifier si un moteur existant est suffisamment refroidit ? Concevoir le moteur de A à Z ? Concevoir le carénage ?

[Haddock94]

Ce qu'il faudrait surtout faire c'est poser clairement la problématique, est ce que tu veux vérifier si un moteur existant est suffisamment refroidit ? Concevoir le moteur de A à Z ? Concevoir le carénage ?

C'est vérifier si un moteur existant est suffisamment refroidit

[RomVi]

En principe un moteur est déjà conçu pour avoir un refroidissement efficace, sauf si il est placé dans une enceinte chaude ou si la circulation d'air est bloquée. Est-ce qu il est utilisé dans des conditions inhabituelles ?

[Dynamix]

En principe un moteur est déjà conçu pour avoir un refroidissement efficace, sauf si il est placé dans une enceinte chaude ou si la circulation d'air est bloquée.

Ou qu' on ne dépasse pas la puissance nominale .