Calculs autour du moteur mange-flammes

Compagnon
26 Février 2013
2 491
Harnes (Pas de Calais)
  • Auteur de la discussion
  • #1
Bonjour,
Il y a peu nous avons eu l'occasion de discuter ici sur deux fils parallèles, à propos du moteur mange-flamme.
J'ai été très intéressé par la discussion autour des explications sur le fonctionnement, les différents réglages, les exemples de réalisations.
Pour ma part je suis toujours très fainéant pour me mettre à fabriquer quoi que ce soit, ça ne s'arrange pas avec l'âge :???: et pas non plus en saison froide, avec mon atelier à tous les vents et pas chauffé....
Par contre je me suis posé beaucoup de questions là-dessus, et comme je n'ai rien trouvé de tel dans mes recherches, j'ai essayé de traduire ce fonctionnement sur une feuille de calcul. Mon but était, si possible, de voir l'influence de divers paramètres, par exemple les dimensions, les températures (de gaz, du cylindre), le moment de fermeture du clapet d'entrée.
Je pense avoir abouti à quelque chose, dont je joins ici le fichier.

Il ne s'agit pas d'un "logiciel clé en mains", et il y a certes des limites, car il y a des paramètres importants qui ne sont connus que de façon très approximative, comme l'échange thermique sur les parois, la température des gaz entrants, les frottements. Mais ça ne pourra que s'améliorer.....

Je pense en tous cas (et j'espère) que certains seront intéressés d'en discuter. Je suis conscient que cela demande du temps, que ce n'est pas simple de discuter d'une feuille de calcul faite par un tiers....surtout que la présentation n'est pas mon fort. Le fichier est protégé, sans mot de passe.

Un certain nombre d'explications sur le principe et les hypothèses sont données en feuille 1, les calculs sont en feuille 2. Comme le changement de feuille n'est pas facile, en tous cas chez moi, j'ai aussi fait un fichier PDF de la feuille 1.
J'ai fait ça sur OpenOffice, c'est un fichier .ods. Il doit pouvoir se lire avec Excel aussi.

Je ne crois pas utile d'être plus long aujourd'hui. Bonne lecture et à bientôt
 
Fichiers joints
Compagnon
8 Juin 2014
1 229
FR-91 - RER B
Salut Gégé,

Super, merci. A mettre au chaud et regarder avec attention.
Je ne sais pas où tu as trouvé tout ça, mais alors là, chapeau :)
Pour autant, on ne sais toujours pas si son moteur a démarré.
Il faut que je regarde dans mes (vieux) documents (1900 et quelques) s'il n'y a pas quelque chose là dessus.
Dans la Manuel Hütte de l'ingénieur, il y a tout un ensemble de développements fait autour des moteurs très intéressants.

J'ai un peu moins de courants d'air (a priori), mais après plus de 6 mois d'attente, le 380 est arrivé... mais il est resté bloqué au compteur, c'est mon électricien qui m'a fait défaut hier.
Donc, encore en attente pour pouvoir faire tourner le Celtic et commencer mon apprentissage.
 
Ouvrier
4 Janvier 2011
445
Essonne
Ho, beau travail de mise en forme des calculs...merci pour ce partage et bravo.
c'est vrai qu'une feuille de calcul peut faire peur ! Pas de pépins pour ouvrir cette feuille de calculs.

Il va me falloir un peu de temps pour examiner toutes ces infos, mais c'est en tous cas ce que j'ai vu de plus convainquant sur le sujet, de très loin.
c'est ce que je projetais de faire, mais je n'ai pas fini de réviser mes cours de thermodynamique, je manque d'assurance.
Les hypothèses de la page 1 sont acceptables, (sauf une note sur des échanges thermiques par rayonnement )
Bien sûr les incertitudes demeurent surtout sur les échanges sur les parois, qui reste pour moi un point encore très surestimé.

Sur mes moteurs j'ai souvent essayé de refroidir par toutes sortes de moyens le cylindre sans voir d'effets notable sur la marche...alors qu'il suffit de poser un glaçon sur un Stirling pour voir la vitesse augmenter !
La température de fonctionnement est plus proche de 100°C que de 50°,
Dans ton modèle, l'effet du diamètre du piston par exemple est "dramatique" sur la réduction de la surface de la courbe PV , et ça me semble loin de la réalité, mais je n'ai pas de données quantitatives, sinon que les grands moteurs marchent aussi bien que des tout petits !

Merci encore pour ce passionnant document, il n'existe effectivement pratiquement aucune analyse de ce genre pour ces moteurs, ton travail comble bien cette absence. je sens que je vais passer de longs moments à l'étudier !
La discussion ne fait que commencer...
 
Compagnon
26 Février 2013
2 491
Harnes (Pas de Calais)
  • Auteur de la discussion
  • #4
Merci pour les compliments :)

Je ne sais pas où tu as trouvé tout ça
ben, c'est de mon cru, mais après avoir profité de l'expérience et des avis de beaucoup, par exemple Gedeon Spilett, hagar, roland88, gégé89, ZAPJACK, MOTORIX, Philippe2, Charly57, brise-copeaux, Lalu, MARECHE, moissan, serge67, pour ne citer qu'eux,
qui sont intervenus sur les fils
https://www.usinages.com/threads/moteur-mange-flammes-perso-demarrera-t-il-enfin.107950/
https://www.usinages.com/threads/un-autre-retraite-qui-bricole-principe-du-moteur-avaleur-de-flamme.106396/

Le calcul par lui-même ne fait intervenir que des notions assez générales en écoulement des fluides, en thermodynamique, et bien sûr en mécanique. Il se trouve que j'ai une expérience professionnelle dans ces domaines (de formation aussi), qui était bien sûr nécessaire. Cela dit, tout est très accessible à qui n'a pas ces bases, pour peu qu'on donne quelques explications, et ce sera avec plaisir ici.

Bien sûr les incertitudes demeurent surtout sur les échanges sur les parois, qui reste pour moi un point encore très surestimé.
Oui sans doute. J'ai été très content quand j'ai vu apparaitre en graphe "ta" courbe PV :wink: .
Pour les valeurs de h, j'ai vu dans la littérature des valeurs comprises entre 10 et 200 (W/°Km2) variant principalement selon la turbulence, donc je pense le nombre de Reynolds. Comme ce n'est pas facile à calculer, et qu'il me fallait une valeur plausible pour voir si "ma feuille fonctionne", j'ai tenu le raisonnement suivant: pour une construction donnée, dans des dimensions où je sais que le moteur peut tourner, avec une température d'entrée "acceptable", une température de cylindre "moyenne", des frottements pas trop grands....."un coefficient d'échange plausible" peut être trouvé par tâtonnement, sa valeur étant celle qui permet tout juste au moteur de tourner, c'est à dire si la puissance terminale est tout juste nulle ou positive.

Bien sûr il y a beaucoup d'approx là-dedans, mais je pense que l'approche est bonne.
Ce qui pourrait être intéressant, c'est de travailler autour d'un moteur existant qui fonctionne, déjà pour fixer tous les paramètres de construction. On doit pouvoir sur ce moteur mesurer les frottements avec assez de précision, sous la forme globale d'une énergie consommée à chaque tour. Je pense par exemple à une mesure de décélération quand le moteur est lancé à la main à vide, clapet maintenu ouvert. (c'est un peu le principe de la mesure de puissance pour un cycliste....). Après c'est facile, on convertit en perte de pression motrice, en tenant compte bien sûr que le frottement dure tout le temps, il faut donc "concentrer la même énergie" sur la course de piston où le travail est positif.
Pour les températures, celle du cylindre peut être mesurée facilement. C'est plus dur pour le gaz entrant, d'autant qu'une quantité d'air froid peut être aspirée en même temps que la flamme. Là il faut voir.....

Petit détail pour ceux qui utilisent OpenOffice, pour changer de feuille, faire : " édition/feuille/sélectionner"
j'ai mis une heure à trouver ça.....
et je n'ai pas trouvé comme mettre un peu de couleur en arrière-plan de certaines cellules, par exemple griser celles qu'il faut renseigner. Tout semble fonctionner mais ça reste blanc.....(ça semble imprimer correctement).

Une petite précision pour lignes 16 et 17 (et 36 à 39 associées).
Dans mes réflexions je m'étais dit qu'il serait peut-être intéressant d'avoir deux zones à températures différentes sur le cylindre; une première assez chaude, pour ne pas trop refroidir le gaz avant la fermeture du clapet. Et ensuite on refroidit plein pot sur la zone 2.
En fait ça ne marche pas, du moins c'est ce que dit le calcul, sans doute parce que la zone chaude reste active même quand le piston est loin, et ce n'est pas bon. J'ai toujours le meilleur résultat avec une température de cylindre la plus basse possible. Mais j'ai laissé ces deux zones, il suffit de ne pas s'en occuper.
J'ai bien noté Gedeon ta remarque au sujet de cette température, sans pouvoir y répondre. C'est quand même bien seulement l'échange thermique avec la paroi qui procure l'effet moteur il me semble ?
sauf une note sur des échanges thermiques par rayonnement
Oui, je sais que le rayonnement joue son rôle, surtout lorsque le gaz est le plus chaud. Mais je n'ai pas voulu trop compliquer, en tous cas pour l'instant :wink: . Donc j'ai "globalisé" le coefficient d'échange en englobant le tout. C'est correct pour la convection, c'est faux pour le rayonnement. Une façon pas trop compliquée de procéder serait peut-être de paramétrer le coefficient h en fonction de la température instantanée du gaz, selon une loi qui reste à trouver. Je vais essayer de regarder ça, pour que cette correction soit logique il faudrait que j'aie une idée de l'importance relative entre les deux formes d'échange, sachant que la rayonnement est à la puissance 4 de la température, enfin la différence des puissances 4èmes (T2^4-T1^4) alors ce serait facile.

Sinon, il semblerait qu'une fermeture très précoce, genre < 90°, soit l'optimum. Cela me surprenait il y a quelque temps, mais je comprends mieux maintenant. Plus la fermeture est précoce, plus on a de dépression avant le PMB, donc à priori néfaste, puisque il faudra "rembourser" cela après le PMB, dans la phase de travail utile. Mais il se trouve que l'on gagne plus qu'on ne perd.....du moins avec ce calcul. En réalité on voit plutot des angles vers 120° je crois.

Il semble assez favorable aussi d'allonger la course de piston.....Bon soyons prudent :wink:.

edit: supprimé remarque sur la température , feuille mise à jour.

La discussion ne fait que commencer...
j'espère bien ! :-D

Bonne journée
 
Dernière édition:
Compagnon
26 Février 2013
2 491
Harnes (Pas de Calais)
  • Auteur de la discussion
  • #7
pourraient finalement être vérifiés en construisant un moteur expérimental
bourré de quelques capteurs
ce serait le pied....
mais sans aller jusque là pour l'instant, par des observations et mesures sur les moteurs existants, on devrait déjà pouvoir avancer.
Mon objectif est quand même d'en fabriquer un, mais le temps me manque actuellement, ou plus exactement j'ai des choses en cours que j'ai du mal à terminer, et mon chef :P comprendrait mal de me voir me disperser sur de nouvelles choses. Ce que je fais sur l'ordi, c'est pas contrôlé....:wink:
 
Dernière édition:
Ouvrier
4 Janvier 2011
445
Essonne
L'approche générale est la bonne à mon avis aussi, et surtout la feuille fonctionne bien ! c'est un bel outil de réflexions.
Pour le rayonnement, il me semblait que l'air est pratiquement transparent aux rayonnements...

pour les échanges avec les parois du cylindre, c'est bien là qu'une grande part du problème réside pour moi, en plus de l'absence d'effet que je vois en refroidissant le cylindre, la nature du métal du cylindre et du piston devrait être très importante, or il n'en est rien, d'excellents moteurs (de Jan Ridders) tournent avec un cylindre de verre, mais un piston graphite, par contre ! L'échange par le piston seul serait-il suffisant ? ils sont généralement très mince et bien placé pour entrainer une convection importante à leur surface...

Pour l'aspect "mesures", je ne sais pas si on peut trouver des capteurs de pression suffisamment rapides (et de prix et de mise en œuvre possible pour un amateur!) pour enregistrer le diagramme PV en live, et la patatoïde obtenue donnera-t-elle les infos sur les phases du cycle et la nature des processus ?. et pour la température, comment ne pas être limité à la température de la paroi du cylindre ?
c'est pas mal de boulot et d'investissement pour un moteur qui dans les tailles "habituelles" ne dépasse pas 0.5 watt !
 
Compagnon
26 Février 2013
2 491
Harnes (Pas de Calais)
  • Auteur de la discussion
  • #9
il me semblait que l'air est pratiquement transparent aux rayonnements...
J'avoue que je ne me suis pas trop posé de question là-dessus, je laissais pour plus tard....:wink:
D'après ce que je trouve sur le net, effectivement il semblerait que pour l'air l'effet rayonnement puisse être négligé, ce qui simplifierait la chose.....
Si on veut aller un peu plus loin, on dira que notre gaz contient du CO2 et de l'eau, en proportions dépendant de ce qui a brûlé, mais qu'on peut connaître, et eux sont rayonnants (absorbtion et émission) voir CO2 et effet de serre :wink:. J'ai trouvé ce document que je trouve à priori intéressant, je le mets en PJ. Il permettrait d'évaluer l'émissivité du gaz, selon sa composition, à partir de celles de CO2 et H2O. Voir page 4, il y a un tableau intéressant, et cela reste accessible....enfin j'ai regardé cela très vite.
Peut-être dans un premier temps ne pas se soucier de rayonnement.....à voir. Peut-être que des forumeurs calés nous donneraient une indication ?

la nature du métal du cylindre et du piston devrait être très importante
Non ça je ne pense pas, l'échange thermique est régi par ce qui se passe coté gaz, c'est la couche limite du gaz qui dicte l'échange, c'est pour ça que plus c'est agité au mieux c'est, ça augmente le nombre de Reynolds et le coef d'échange aussi. Je vais essayer de retrouver dans mes data une loi de variation. Coté métal, ce qui peut changer c'est la conduction thermique et la chaleur massique, mais à mon avis ça ne fera que des différences de second ordre. Evidemment, je suppose que le cylindre chauffe un peu à la fois, au bout d'un moment il faudra bien le refroidir....c'est bizarre on n'a jamais parlé de ça. ??

L'échange par le piston seul serait-il suffisant ? ils sont généralement très mince et bien placé pour entrainer une convection importante à leur surface.
ça c'est bien possible... pour vérifier on peut imaginer de coller devant le piston un écran isolant pour voir ce qui change....

des capteurs de pression suffisamment rapides
non je ne pensais pas à ça, encore que dans le domaine des capteurs piezo ça doit être faisable.

comment ne pas être limité à la température de la paroi du cylindre
que veux-tu dire ?
c'est pas mal de boulot et d'investissement pour un moteur qui dans les tailles "habituelles" ne dépasse pas 0.5 watt !
Oui c'est vrai, il n'y aura pas d'application pratique, et je ne voudrais pas y mettre beaucoup d'euros. Mais c'est bon pour l'esprit !!!

ci-joint le pdf dont j'ai parlé, et un autre petit pdf résumant mes réflexions de ce jour (peut-être un peu dépassé par ce que nous venons d'échanger, je ne sais pas).
Bonne soirée
Gérard
 
Fichiers joints
Ouvrier
4 Janvier 2011
445
Essonne
Je suis convaincu que si un avaleur de flamme ne tourne pas c'est simplement un problème de mécanique, trop de trainées et/ou pas assez d'étanchéité.

le réglage de la flamme ou de la soupape ne sont pas des problèmes quand la mécanique suit les exigences de ce moteur. Je viens encore de le vérifier cet am, ces réglages sont très souples quand le moteur peut tourner librement.

on peu s'amuser à changer les réglages de la came, faire osciller le moteur, et même le faire tourner à l'envers ! c'est très marrant mais il faut que je j'édite pas mal les vidéos, c'est longuet...
 
Ouvrier
4 Janvier 2011
445
Essonne
Gégé89, je parlais de la soupape d'admission (clapet, obturateur, volet, glissière etc) , surement présente sur tes moteurs aussi !!

Gégé62, Merci pour toutes ces infos, et je m'instruis en même temps.
la matière du cylindre, la couche limite de gaz, les turbulences, je te suis...
mais dans tes propositions dans le pdf, je vois mal comment éviter de refroidir au maximum les gaz avant même la fermeture de l'admission !
 
Compagnon
26 Février 2013
2 491
Harnes (Pas de Calais)
mes avaleurs de flamme n'ont pas de soupape j'en déduis que ce n'est pas obligatoire
Oui j'ai vu que les deux options sont possibles. Mais si l'air entre et sort par le même orifice n'y a t-il pas un peu le risque de perturber la flamme. Ça dépend sûrement de la géométrie du clapet et de la position de la flamme, il est possible que ça gène sur certains moteurs et pas sur les autres.

Si cet inconvénient n'est pas avéré l'avantage de ta solution (outre la construction plus simple) c'est qu'il n'y a aucune surpression parasite dès que le clapet s'est ouvert. Par contre si on ouvre trop tôt ou trop tard, on est perdant. Or le meilleur réglage dépend sans doute des conditions du moment, notamment la vitesse et les températures. Ce qui ne facilite pas l'optimisation....

Une solution pas mal serait d'avoir les deux: la soupape, qui s'ouvre si l'ouverture du clapet est trop tardive. Dès que le clapet sera ouvert, la petite surpression disparait, on garde ainsi l'essentiel de l'avantage du passage par le clapet d'entrée. Et le réglage d'ouverture clapet est plus facile car il faut seulement qu'il ne soit pas trop tôt.

mais dans tes propositions dans le pdf,
je ne retrouve pas....dans quel pdf ?
cela dit c'est clair que si on met un gaz très chaud à l'entrée, on n'a pas intérêt à ce qu'il refroidisse avant l'ouverture du clapet. Je ne sais plus ce que j'ai dit là-dessus, de toutes façons c'est évolutif :-D. J'ai cru un moment qu'on aurait bénéfice à avoir deux zones de températures différentes sur le cylindre, d'abord l'une plus chaude sur une longueur correspondant au clapet fermé, pour limiter le refroidissement au début de cycle, puis une zone plus froide sur le reste de la longueur. J'ai mis comme ça sur la feuille de calcul (ça y est encore, mais ça ne sert plus), et j'ai constaté qu'il n'en était rien, dans tous les cas le meilleur résultat était avec les deux zones les plus froides possibles. Je pense que c'est lié au faut que la première zone reste active même quand le piston est vers le PMB. Donc si elle plus plus chaude, certes on refroidit moins le gaz dans la première phase, mais aussi dans le seconde, et globalement on y perd.
Evidemment, c'est toujours sous réserve de la validité du calcul. Même si grosso modo on voit que le calcul semble réfléter le fonctionnement du moteur, si on finasse un peu trop, il y a quand même des doutes.... Le principe de ma démarche actuellement est de faire comme si le calcul disait vrai....et l'améliorer chaque fois que c'est possible.
Petit détail qui pourrait influer un peu, si le transfert par rayonnement était important, ça pourrait redonner de l'intérêt à ce concept en 2 zones, mais comme on a vu plus haut, c'est sans doute de second ordre....Je pourrais vérifier ça par le calcul, en choisissant un coefficient d'échange qui varie en fonction de la température du gaz, suivant une loi à définir, un au pif, mais par exemple dire que 30% du coefficient d'échange varie comme la température puissance 4. Et s'arranger pour avoir un coefficient qui en moyenne reste le même, pour que les choses soient comparables.....Je vais regarder ça tout à l'heure, par curiosité....
 
Ouvrier
4 Janvier 2011
445
Essonne
je ne retrouve pas....dans quel pdf ?
mais le dernier, avec les propositions de construction, comme des rainures internes ou des volets sur le piston pour accélérer les turbulences...

Le principe de ma démarche actuellement est de faire comme si le calcul disait vrai....et l'améliorer chaque fois que c'est possible.
C'est le principe d'un modèle, tant que les expériences ne le contredisent pas...Jusque là ça se tient !
 
Compagnon
26 Février 2013
2 491
Harnes (Pas de Calais)
Re,
Je tombe sur ce forum que je ne connaissais pas, mais je reconnais certains membres d'ici

http://www.blooo.fr/vapeur/vacuum/vacuum_engines.htm

et au hasard sur cette page de Bégé. C'est intéressant et j'ai appris quelques petites choses intéressantes. Il donne beaucoup de détails sur la construction, la façon d'utiliser et l'entretien, la qualité du carburant etc....

Notamment pour le préchauffage, si le cylindre est froid il y a condensation de la vapeur d'eau, et ça bloque....effectivement je n'avais pas pensé à ça. Cela m'amène à reposer une question: est-ce vrai pour tous les moteurs, l'obligation de préchauffer (à >= 100°C en principe) ?

je me permets de copier-coller ses conclusions principales

"
Après tous ces essais j'en conclue donc que les points suivants peuvent influer de façon déterminante sur le bon fonctionnement des moteurs Vacuum:

- la température ambiante et l'atmosphère (humide ou sèche)
- La qualité du carburant
- La longueur de la mèche et sa position par rapport à l'ouverture du cylindre, près, loin, plus haut, à la même hauteur et plus bas.
- Le libre fonctionnement de toutes les pièces en mouvement
- La propreté de l'ensemble cylindre/piston


"

Ce qu'il dit plus loin à propos d'un autre de ses moteurs
"
Contrairement aux autres Vacuums que je possède, je suis très étonné de voir qu'il faut absolument que le huileur contienne toujours de l'huile, en effet le cylindre chauffe énormément, d'ailleurs la mise en route prend cinq bonnes minutes pendant lesquelles il faut
lancer plusieurs fois le volant, et ce n'est qu'une fois le cylindre et le piston bien chaud que le moteur démarre doucement, d'ailleurs dans la notice il est dit que plus le moteur est chaud et
meilleure sera l'étanchéité du piston.
Mais comme les autres Vacuums, quand il est trop chaud, disons au bout de 20/25mn de fonctionnement il s'arrête parfois et il faut le relancer, et au bout de 3 ou 4mn il fini par s'arrêter complètement.

"
est à la fois très intéressant (pour ma part je découvre) et pose question. Il semblerait que le moteur fonctionne mieux à chaud....alors que mes calculs disent le contraire.
Mais il dit aussi que peut-être à chaud l'étanchéité est meilleure....ceci pourrait expliquer cela. Il y a peut-être aussi encore un problème de condensation si c'est chaud mais pas assez. 100°C c'est quand même brûlant pour les mains....
Mais il dit aussi que si c'est trop chaud ça ne marche plus, il faut refroidir...là ça me rassure :) . Ça m'étonne d'ailleurs de ne pas en voir qui actionnent leur propre ventilateur, ou même avec un ventilo indépendant si c'est pour l'investigation.

J'ai conscience que tout ça est ancien....mais bon ce qui est vrai en 2008 doit encore l'être ! :-D

ça aussi, qui est assez déroutant, tellement on insiste d'habitude sur l'ajustement qui doit être libre:

"
J'ai donc démonté ce piston et retiré la ficelle, et avec la nouvelle ficelle j'ai fait deux tours au lieu d'un seul, j'ai bien serré et j'ai eu du mal à insérer le piston dans le cylindre, de plus, à la main je trouvais que le déplacement du piston était assez dur et je doutais du bon résultat de la chose, en tous cas une chose était sûre c'est que l'étanchéité devait être parfaite.

Quand j'ai allumé la mèche du brûleur et lancé le moteur, quelle ne fut pas ma surprise de voir que ce moteur qu'il fallait habituellement lancer une bonne trentaine de fois histoire de le préchauffer, démarrait ici au bout de la deuxième fois seulement!

"
Bonne soirée !

 
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