Etude thermique fluidique - Ansys Fluent - Régime Permanent/transitoire

[Bubinos]

Salutation les copains,

Bon je me tourne vers vous pour une petite question de thermique fluidique!


Le contexte:

Ca va faire maintenant bientot 2ans que je bosse sur des moteurs électrique nouvelle génération (plus petit, moins cher, plus puissant, moins energivore).

Je fais tout, de la conception à la fabrication à l'atelier.

Durant la phase étude, je valide tout les matériaux, toutes les études mécaniques, et... toutes les etudes thermiiiiiiiiques!!
Le plus gros problème des moteurs électrique actuellement reste la thermique. L'électrique ca chauffe! ca chauffe même vraiment beaucoup. Du coup, moi, bah je cherche a refroidir mes petits joujoux! Pour cela, je fais mes études sous ANSYS Fluent! un logiciel vraiment génial (quand on sait s'en servir!). Je me suis formé dessus tout seul, j'ai galéré, vraiment vraiment galéré, mais aujourd'hui j'arrive a faire mes études et elles semblent correspondres aux essais réels que l'on fait sur les moteurs.

La question:

Bon du coup, on en arrive a la question du jour!
Pour mes études thermique de mes moteurs, j'en fait une en régime permanent, et une en régime transitoire!
Ce que j'aimerai savoir, c'est POURQUOI! PPOOUUURRRRQQUUOOIIIII!!! je n'obtiens ja-mais les mêmes températures maximales en permanent qu'en transitoire.

Plus en détail, mes valeurs de températures maxiamle en permanent sont tjr bcp plus faible qu'en transitoire :'(

Par exemple, a puissance maximale (couple max), j'ai le cuivre qui monte à 268°C en permanent... pourtant, avec les mêmes valeurs d'étude, mais cette fois en transitoire, je vois ma courbe monter jusqu'à 300°C!!! (attention, ces valeurs sont là pour faire des comparaisons, l'étude transitoire est simplement là pour me dire combien de temps mon moteur peut tenir ce couple max).






Auriez vous une idée d'où peut venir cette différence???

Merci à vous de vous interesser a mon soucis ^^

Bonne journée.

Bubinos!
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[obi76]

Bonjour,

en permanent, l'approche est différente : on résout les équations fluides jusqu'à ce que la dérivée temporelle soit nulle (régime stationnaire). Si vous avez un pic de puissance, vous DEVEZ le faire en transitoire, car je ne vois pas comment on peut résoudre en permanent une situation où l'un des termes source est transitoire. Si vous faites un lissage du pic de puissance dans le temps, son impact sera lissé, et donc la température finale moindre. En transitoire vous observerez le pic non lissé, et donc il montera plus haut.

[obi76]

Pour préciser. Si vous résolvez l'équation de la chaleur, en imposant à un endroit une puissance très grande, il est possible que la température résolue soit ponctuellement plus élevée que la température à l'état stationnaire, le temps que les flux de chaleurs se mettent en place, si vous avez un fluide autour qui va se mettre en mouvement, par exemple.

[Bubinos]

Bonjour,

en permanent, l'approche est différente : on résout les équations fluides jusqu'à ce que la dérivée temporelle soit nulle (régime stationnaire). Si vous avez un pic de puissance, vous DEVEZ le faire en transitoire, car je ne vois pas comment on peut résoudre en permanent une situation où l'un des termes source est transitoire. Si vous faites un lissage du pic de puissance dans le temps, son impact sera lissé, et donc la température finale moindre. En transitoire vous observerez le pic non lissé, et donc il montera plus haut.

Boujour obi76, et merci de ta réponse rapide!

Alors comme on dit, je comprends vite, mais il faut m'expliquer longtemp ^^

Je vais reprendre petit à petit.

Tout d'abord, quelques précisions:
Pour mon étude, je n'ai pas de "pic" de puissance. J'ai juste une puissance (des pertes dans les circuits magnétiques, les bobines et les aimants) qui me sont données par l'étude électromagnétique de mon système.
Les pertes sont convertis en puissances volumiques associées aux volumes des différents composants (bobines, circuits magnétiques et aimants).
Pour les deux études (permanent et transitoire), ces paramètres sont identiques, j'entends par là qu'il n'y a pas de variation de puissance volumique, ni de vitesse de rotation, ni de débit d'eau, ni de température d'environnement extérieur.


Maintenant, est on daccord que pour résoudre le régime permanent, les équations ne prennent pas en compte "le temps"? Ce régime cherche simplement la valeur stable du système non?
Contrairement au régime transitoire qui lui intègre le paramètre "temps"?

Pour moi, les courbes du régime transitoire devraient atteindre les valeurs "stable" du régime permanent au bout d'un temps t(s) très grand non?
Or... dans mon cas, pour mes bobines, j'ai une différence de presque 15%! donc une grosse erreur!
Donc pour moi, qui suis "assez confiant" dans la justesse de mon modèle, ca ne peut venir que d'une erreur de résolution d'equations par le logiciel (génération d'erreurs a chaque itérations peut etre)?

Je suis entrain d'essayer de retrouver les équations que Fluent utilise, mais... c'est un peu compliqué ^^


Sinon, j'ai pensé comme vous, que l'état de stabilité n'était pas encore atteint, et que les températures transitoire allaient chuter après, mais j'ai eu beau laisser le calcul tourner jsuqu'a un temps de cycle de 4h40, la température s'est stabilisée a 300°C et non a 270°C comme en permanent.

A l'heure actuelle, j'ai relancé mon calcul avec un pas plus faible. Avant je sortait une valeur toute les secondes, maintenant je teste avec une valeur toute les 0.5s pour voir si "l'erreur" est plus faible.


Voili voilou ^^ désolé si je répond un peu en vrac! Merci de prendre le temps de me lire

Bubi

[A voir en vidéo sur Futura]

[obi76]

Maintenant, est on daccord que pour résoudre le régime permanent, les équations ne prennent pas en compte "le temps"? Ce régime cherche simplement la valeur stable du système non?
Contrairement au régime transitoire qui lui intègre le paramètre "temps"?

C'est tout à fait ça.

Pour moi, les courbes du régime transitoire devraient atteindre les valeurs "stable" du régime permanent au bout d'un temps t(s) très grand non?

Tout à fait.

Or... dans mon cas, pour mes bobines, j'ai une différence de presque 15%! donc une grosse erreur!
Donc pour moi, qui suis "assez confiant" dans la justesse de mon modèle, ca ne peut venir que d'une erreur de résolution d'equations par le logiciel (génération d'erreurs a chaque itérations peut etre)?

Alors, sans vouloir faire de pub négative, d'expérience, fluent possède des algos de forçage de convergence qui dans certains cas peuvent amener à des résultats non physiques. C'est le soucis des codes "boite noire". Et ce n'est pas le seul code que j'ai vu qui sort des choses fausses parce que les modèles et les méthodes numériques qui sont dedans DOIVENT (commercialement) sortir des résultats, même si numériquement ça part en vrille. Pour l'anecdote un des ingénieurs qui développe un code (concurrent) de fluent était venu nous faire une présentation, on l'a grillé en voyant un cas dont le résultat était physiquement faux, et par dessus lequel une diffusion assez grande avait été rajouté pour ne pas que le code diverge. La raison est que les modèles qu'ils ont ne convenaient pas aux subtilités de la problématique qu'ils ont simulé. Le résultat n'était donc clairement pas physique (et massivement utilisé chez les industriels, cependant).

Ca, c'était pour les écoulements fluides. Dans votre cas je ne sais pas si c'est possible ou pas (je ne connais pas le solveur thermique de Fluent).

Sinon, j'ai pensé comme vous, que l'état de stabilité n'était pas encore atteint, et que les températures transitoire allaient chuter après, mais j'ai eu beau laisser le calcul tourner jsuqu'a un temps de cycle de 4h40, la température s'est stabilisée a 300°C et non a 270°C comme en permanent.

Ce que vous pouvez faire, c'est faire un bilan de tout votre système. Quelle est le flux de chaleur sortant ? Quelle est la puissance entrante ? Vous pourrez en déduire une valeur moyenne à l'équilibre.

A l'heure actuelle, j'ai relancé mon calcul avec un pas plus faible. Avant je sortait une valeur toute les secondes, maintenant je teste avec une valeur toute les 0.5s pour voir si "l'erreur" est plus faible.

je ne sais pas si Fluent a un solveur implicite pour la température, mais si oui essayez avec, ça vous permettra de ne pas avoir de contrainte CFL. Et pour les pas de temps effectivement, si vous pouvez fixer le CFL, diminuez-le (par exemple 0,2 pour etre sur).
Vous ne résolvez bien QUE la thermique, si j'ai bien suivi ?

Voili voilou ^^ désolé si je répond un peu en vrac! Merci de prendre le temps de me lire

Pas de soucis (et bon courage)

[obi76]

Et pour préciser : en permanent, votre système peut passer par des résultats non physiques, pour atteindre un résultat physiquement acceptable (s'il existe). Parce que le but, c'est de trouver toutes les inconnues de sorte que les équations aient une dérivée temporelle nulle. Mais tant que ce n'est pas le cas, les états intermédiaires peuvent ne pas avoir de sens physique.
En transitoire, théoriquement tous les états intermédiaires doivent satisfaire les contraintes de base (conservation de l'énergie, de la masse, etc).

[Bubinos]

je ne sais pas si Fluent a un solveur implicite pour la température, mais si oui essayez avec, ça vous permettra de ne pas avoir de contrainte CFL. Et pour les pas de temps effectivement, si vous pouvez fixer le CFL, diminuez-le (par exemple 0,2 pour etre sur).
Vous ne résolvez bien QUE la thermique, si j'ai bien suivi ?

Oui, je ne m'occupe que de la thermique dans ce cas là. Effectivement, il y a un parametre implicite, je vais essayer ca après!! Merci!

Un gros merci pour toutes ces infos, mine de rien, j'y vois plus clair!

Je vous tiens au courant!

[obi76]

Ça marche

[obi76]

EDIT : oui, en transitoire vous pouvez avoir des températures plus élevées (du moins qui oscillent autour de la température permanente) si votre CFL n'est pas respecté.

[Bubinos]

Bon du coup je pense que j'ai trouvé! Il me manque des vérifications, mais il semblerai que Fluent résoud les équations de chaleur avec du "Implicit 1er ordre" par défault.

Du coup j'ai mis du 2nd ordre, et les température semblent monter moins vite! J'ai arrêté le calcul pour vérifier, pour le moement c'est bon. Je vais relancer un calcul complet et on verra bien! (mais c'est long! une journée complete pour un calcul complet!)

Merci encore Obi!!!

(vraiment cool ce forum! <3)