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Amélioration des performances d’échangeurs de chaleur par optimisation du design


​L’optimisation paramétrique du design des échangeurs de chaleur permet d’améliorer leurs performances. Un outil applicable dans un contexte industriel a été mis au point pour traiter les aspects multiéchelles et multiphysiques qui se posent.

Publié le 8 avril 2019

​Mécanique des fluides, thermique, encrassement… les échangeurs de chaleur sont le siège de différents phénomènes physiques et leur comportement est « multi-échelle » par nature. L’optimisation de leurs performances intéresse de nombreux secteurs industriels. Les chercheurs du Liten, institut de CEA Tech, ont choisi de s’appuyer sur une classe de méthodes permettant des optimisations de forme dites paramétriques, lesquelles, si elles figurent parmi les plus immédiates, sont aussi parmi les plus efficaces pour garantir la fabricabilité des formes générées.

Ils ont dans un premier temps créé un métamodèle avec des méthodes connues dites de « krigeage », qui permettent de faire varier les paramètres très rapidement. On obtient ainsi des surfaces de réponse qu’il faut ensuite explorer pour en extraire le jeu de paramètres optimal. Pour cela, les chercheurs se sont basés sur des algorithmes génétiques, lesquels consistent à faire évoluer les paramètres en fonction des résultats précédents par itérations successives jusqu’aux solutions présentant les meilleurs compromis (Front de Pareto).

Cette technique a été mise en œuvre sur un exemple de technologie d’échangeur sur des paramètres géométriques locaux (motif élémentaire) ou plus larges (distributeur) afin de vérifier l’intérêt du design ainsi optimisé par rapport à l’initial. Elle pourrait intéresser les industriels de plusieurs secteurs. Le cas d’étude portait notamment sur le problème de réduction de l’encrassement des vannes EGR dans les moteurs diesel.

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