Modélisation de l’admission à travers une soupape inverse

Le moteur Ericsson, inventé par l’américain d’origine suédoise John Ericsson en 1833, fait partie des machines à apport de chaleur externe (MACE), lesquelles peuvent fonctionner avec différentes sources d’énergie : combustibles fossiles, biomasse, solaire, chaleur fatale, etc. Le moteur Ericsson, dans sa configuration la plus simple, est constitué d’une enceinte de compression, d’un échangeur de chaleur et d’une enceinte de détente ; le fluide de travail est de l’air, lequel est comprimé, réchauffé et détendu avec pour but de convertir de l’énergie thermique en énergie mécanique ou électrique si on ajoute une génératrice au système.

Le fluide admis dans le détendeur doit passer à travers les soupapes d’admission. Afin d’estimer le débit massique qui rentre dans l’enceinte, l’équation de Barré Saint-Venant est souvent utilisée dans les travaux sans préciser s’il s’agit de soupapes classiques (ouverture vers l’intérieur de l’enceinte) ou inverses (ouverture vers l’extérieur de l’enceinte).

Cet article présente un modèle dynamique de l’admission d’air dans une enceinte à volume constant à travers une soupape inverse. Le modèle développé qui emploie l’équation de Barré Saint-Venant est confronté, en vue de sa validation, aux données expérimentales obtenues à partir d’essais réalisés par la société Ananké sur l’enceinte de détente d’un moteur Ericsson à soufflets métalliques. La campagne d’essais a été effectuée pour de l’air à température ambiante comme fluide de travail, pour quatre différentes pressions (125, 150, 250 et 350 kPa) et trois volumes (166, 369 et 518  cm3) différents.

Les premiers résultats issus de la confrontation entre les expérimentations et la simulation donnent une valeur du coefficient de décharge compris entre 0,4 et 0,5 pour la soupape inverse en fonction de la pression d’admission.