2017-2018 / MECA0514-1

Introduction à la modélisation dynamique des systèmes thermiques

Durée

15h Th, 15h Pr

Nombre de crédits

 Master en ingénieur civil électromécanicien, à finalité3 crédits 

Enseignant

Sylvain Quoilin

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Au cours de la dernière décennie, les processus électromécaniques de conversion d'énergie sont soumis à une plus grande demande de flexibilité. Cette flexibilité engendre une demande croissante de la part des constructeurs d'équipement pour une caractérisation précise du comportement dynamique des systèmes thermiques lors de variations rapides de leurs conditions opératoires. L'enjeu est double car il permet une meilleure caractérisation de l'état de fonctionnement mais aussi permet d'améliorer le processus de contrôle commande de l'équipement en question.
Ce cours est une introduction à la modélisation dynamique des systèmes thermiques et se compose principalement de trois parties.
La première partie revoit les concepts fondamentaux et les définitions. Les méthodes numériques nécessaires à la résolution de problèmes dynamiques sont brièvement décrites; algorithmes d'initialisation (Newton), d'intégration (DASSL, Euler, ...), réduction d'index DAE (Pantelides), etc... Le processus global de résolution est décrit à l'aide d'exemples simples permettant de mettre en lumière les problèmes numériques les plus communs (chattering, stiffness, initialisation, ...).
La deuxième partie du cours décrit des concepts plus avancés tels que la modélisation orientée objet (l'héritage, la conception d'objets génériques, les connecteurs,...) et la modélisation acausale. Sans perte de généralité, cet enseignement repose principalement sur le language open-source Modelica, qui permet la modélisation de systèmes physiques non linéaires relativement complexes. Au cours des séances d'exercices, l'étudiant sera amené à appliquer la théorie au travers de modèles simples. Par la suite, des systèmes plus complexes seront simulés à l'aide de librairies ouvertes, comme la librairie standard de Modelica ou même certaines librairies développées en interne à l'Université de Liège.
En troisième partie, l'étudiant sera confronté à des problème de modélisation concrets tels que le contrôle d'une centrale thermique ou d'un cycle frigorifique. Des stratégies de contrôle seront décrites et implémentées durant les séances de travaux pratiques.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Au terme du cours, l'étudiant sera capable de:

  • Structurer et formaliser un problème de simulation dynamique de systèmes thermiques
  • Comprendre et utiliser les différents algorithmes de résolution de DAE disponibles
  • Utiliser un langage de référence comme Modelica de façon passive (utilisation et interconnexion de modèles existants) et active (développement de nouveaux modèles de composants)
  • Comprendre et de décrire les relations de cause à effet dans les systèmes thermodynamiques et de les commander de manière optimale à l'aide de contrôleurs linéaires

Savoirs et compétences prérequis

Les cours suivants sont fortement recommandés pour la bonne compréhension du cours:
MECA0037-1 Centrales thermiques et cogénération
MECA0006-1 Systèmes de production de froid et de chaleur
PROJ0001-1 Introduction aux méthodes numériques et projet

Les cours suivants sont prérequis pour la participation au cours:
MECA0002-1 Thermodynamique appliquée et introduction aux machines thermiques
SYST0003-1 Linear control systems

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Le cours est constitué de séances 'ex-cathedra' et de séances de travaux pratiques

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Cours en présentiel

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Les présentations projetées pendant le cours théorique sont mises à disposition de l'étudiant via le portail eCampus, ainsi que les fichiers de simulation développés pendant les séances de travaux pratiques.

Modalités d'évaluation et critères

La partie théorique du cours est évaluée par un examen d'exercices sur ordinateur ainsi qu'un examen oral. Elle compte pour 60% de la cote finale. Elle porte aussi bien sur les méthodes numériques que sur la compréhension des systèmes thermodynamiques vus au cours. Les séances de travaux pratiques sont évaluées par un travail individuel qui compte pour 40% de la note finale.
NB: l'examen de théorie ne pourra être présenté que si le travail individuel a été réalisé et rendu dans les temps impartis.
NB2: La cote du travail obtenue en première session peut cependant être reportée en seconde session.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

A définir

Contacts

Sylvain Quoilin, Labo. de Thermodynamique (B49) Phone  : +32 4 366 48 22 Fax  : +32 4 366 48 12 Mailto : squoilin@ulg.ac.be
Pierre Dewallef, Labo. de Thermodynamique (B49) tél: +32 (0)4 366.99.95 fax: +32 (0)4 366.48.12 email: p.dewallef@ulg.ac.be