Calculs autour du moteur mange-flammes

vaton78

Nouveau
4 Mars 2019
7
Merci Gégé de tes observations.

Je vais essayer de te répondre dans l'ordre :

1 et 3-
Quand je dis que l’énergie mécanique est gratuite, je dis bien « Mécanique » L'énergie fournie au chauffage (s'il y en a un) est égale à l'entrée ( Ee=M*(Tc-Tf) ) et à la sortie ( Es=M*(Tf-Tc) ) Ee= -Es, donc éventuellement récupérable. Dans le cas d'un moteur thermique, soit on se contente d'une expansion adiabatique avec une perte importante d'énergie mécanique générée (cas de Carnot) en utilisant l'énergie stockée dans le gaz pour augmenter le rendement total à la sortie, soit on cherche le maximum d'efficacité (cas Stirling) et l'on cherche à obtenir une expansion isochore. Dans ce cas il faut fournir de l’énergie thermique pour maintenir la température.

2 etc.. sauf la dernière.
Il s'agit du même problème et ne concerne que la phase avant fermeture du clapet. Pendant cette phase la température devrait rester sensiblement égale à celle des gaz en entrée. A noter que si la température monte ou descend, le volume varie pendant l’incrément. Il s'en suit une augmentation ou une diminution de la masse entrante donc de la quantité de chaleur à éliminer. Ce point n'a pas été pris en compte dans les tableurs en ma possession. De toute façon la température à prendre en compte pour le calcul de la phase 2 est celle au moment de la fermeture du clapet.

Pour l'instant je n'ai pas eu le temps d'analyser en profondeur tes tableurs (c'est une opération lente et fastidieuse, je l'ai déjà fait dans d'autres circonstances) mais je vais le tenter pour de plus amples discutions.



Dernière observation :
Afin de ne pas avoir ces problèmes, ma proposition est couper le moteur en deux afin d'avoir deux cylindres l'un chaud, l’autre froid travaillant en opposition (voir schéma joint). De cette façon on ne mélange pas le froid et le chaud. Les cylindres peuvent ainsi être construit de façon différenciée en fonction de la température de fonctionnement. Il n'y a pas d'augmentation des frottements, le déplacement de chacun étant la moitié de celui du seul piston habituel. Le piston chaud pourra atteindre une température de l'ordre de celle des gaz entrants. L'étanchéité n'a pas besoin d'être absolue, le cylindre étant toujours en dépression. Les matières utilisées pourraient être une céramique réfractaire pour le corps, du graphite pour le piston. Parallèlement le cylindre froid sera maintenu à la valeur la plus faible possible, ce qui permet d'envisager un piston-coupelle en teflon faisant office de soupape de décharge.

En ce qui concerne le fonctionnement, dans le 1er temps le cylindre chaud se rempli de gaz tandis que le cylindre froid en état de dépression par rapport à la pression atmosphérique génère une force mécanique dans une transformation isotherme.Dans le 2ème temps, le cylindre chaud se transvase vers le cylindre froid en créant une dépressurisation dans une transformation isochore. A noter que si le volume froid est plus grand que le volume chaud la dépression sera plus importante au prix d'une certaine énergie à prendre sur l'inertie du volant. Il semble d'après mes calculs que l'idéal est de l'ordre 2,5 fois.

A titre complémentaire, et applicable sur un moteur classique, montage d'une cinématique à trois temps qui laisse un temps mort de 120° au Pmb pour assurer l'homogénéisation de la température (J'ai testé cette solution sur un moteur Stirling avec des résultats intéressants) Joint un graphique des courbes P/V obtenues pour un moteur tel que décrit ci-dessus.

Cordialement à tous

Vaton

New-Avaleur de flamme.jpg


Cycle Vacuum.jpg
 

mvt

Compagnon
8 Juin 2014
1 029
FR-91 - RER B
Bonjour,
pas facile ça.....c'est certain qu'un mécanicien préfère d'instinct les systèmes tournants aux systèmes translatés. Mais dans ce cas, obtenir une étanchéité suffisante sans frottement demande une précision diabolique, enfin tout dépend de la lubrification, si elle est possible ?
J'ai deux pignons pour faire un renvoi d'angle. On y réfléchira plus tard. Qui dit étanchéité dit aussi frottement (dans ce cas). Je me souviens que les essais effectués sur les moteurs 4T (culasse à soupape rotatives) n'ont pas eu de suite à cause de ces problèmes (chaleur + pression).
Dans notre contexte, vue qu'il y a dépression, c'est peut-être moins critique (mais empirique aussi, comme ci-après)

Je vais déjà essayer avec un premier traditionnel :)
MVT : Si les ailettes ne sont pas soumises à un courant d'air ou d'eau, elle peuvent se transformer en accumulateur de chaleur et avoir un effet inverse à celui attendu.
D'où l'idée de la ventilation (ou de l'aération), mais vu le rendement, ce ne peut être qu'externe à mon avis.

Merci à vous.

Concernant le schéma de Vaton78, cela me fait penser à quelque chose que j'avais évoqué ici (dépression avec un piston opposé, sans transfert). Gégé m'avait indiqué que cela ressemblait plus ou moins à un Striling "modifié" (sans transfert). Je n'ai pas cherché plus loin, par manque de connaissance et de temps (je suis beaucoup dans l'empirique).
 

Charly 57

Compagnon
21 Décembre 2008
4 734
FR-57330 Moselle
Bonjour Vaton

Sur le dessin que tu montres, y a t il une entrée d'air neuf à chaque cycle ( aspiration ) ?
Je ne vois pas comment est fait ou comment se fait "l'échappement"

Si tu peux m'en dire un peu plus pour que je vois comment ça fonctionne, Merci
 

gégé62

Compagnon
26 Février 2013
2 456
Harnes (Pas de Calais)
Bonjour à tous
Ce point n'a pas été pris en compte dans les tableurs en ma possession.
Si, maispeut-être pas dans les premières versions, car j'ai affiné progressivement de façon à tout prendre en compte, je n'ai pas le temps ici de me replonger dedans.

c'est une opération lente et fastidieuse,
oui tout à fait, surtout que je n'ai pas beaucoup documenté les lignes de calculs. C'est déjà fastidieux pour moi, alors j'imagine quand on ne l'a pas rédigé....perso je n'en aurais pas le courage ou la patience....

@vaton78 En ce qui concerne ton principe de moteur, je pense que tu es tout à fait dans le principe du Striling ou plutot Ericsson (qui est une sorte de Stirling avec soupapes de distribution, mais qui fonctionne en cycle ouvert, comme notre avaleur de flamme.
Un cylindre chaud, un cylindre froid, faire passer le gaz de l'un à l'autre au cours du cycle, c'est tout le principe du Stirling. J'avais aussi regardé un peu ce principe, ayant moi aussi le sentiment d'inventer quelque chose (donc à partir du moteur avaleur de flamme), j'ai arrêté lorsque je me suis aperçu que ça revenait sur le Stirling....
 

vaton78

Nouveau
4 Mars 2019
7
Salut
Pour Charly: L'evacuation des gaz se fait dans l'hypothése présentée par un piston en jupe de téflon (comme sur une pompe à vélo mais inversé) possible car le cylindre 2 est à basse température.
Pour Gégé. Bravo pour le travail que tu as fait. Certaines formules dans les version 9 et 10 sont tellement complexes qu'il est très difficile d'y retrouver l'action d'un paramètre donné. Il est possible que tu ais du mal à t'y retrouver au bout d'un certain temps. Je pense que le fonctionnement est tel que même les ordinateurs de la Météo n'y arriveraient pas. Si on sépare les zones chaude et froide cela devient beaucoup plus simple d'autant plus que le transfert permet un brassage assurant une meilleure homogénéité de la température.
Dans tous les cas de figure on en revient à un moteur Stirling. Il n'est pas d'autre solution.
Dans sa version complète il s'agit d'un système en circuit fermé. Les autres moteurs ( Otto, Lenoir, Ericson ou Manson et les autres) fonctionnent en circuit ouvert, uniquement sur la partie chaude du cycle On injecte un gaz froid que l'on chauffe, et on rejette un gaz chaud. Le moteur Stirling est bien en version théorique mais dans la version pratique, le mécanisme sinusoidal ne permet pas un fonctionnement correct. Il est indispensable que les phases thermiques (chauffage et refroidissement) soient indépendantes des phases mécaniques (expansion et contraction) C'est la raison qui m'a poussé à étudier les cycles à 3 temps, lesquels permettent d'arrèter une partie du cycle pendant le déroulement de l'autre. J'ai fait des essais sur un moteur Stirling du commerce avec des résultats tout à fait interessant. (J'ai des vidéos mais je ne sais pas comment les intégrer à ce message) D'une part le moteur fonctionne avec seulement la flamme d'un briquet de poche, mais en plus il n'a aucune vibration (à 1200 t/mn il est possible de le tenir entre 2 doigts).
Le moteur Vacuum fonctionne sur la partie froide du moteur Stirling. On injecte un gaz chaud et on rejette un gaz froid. Il est alors possible de fonctionner en transformation isotherme sans avoir besoin d'injecter de la chaleur (voir ce que j'ai dit plus haut). Il peut donc présenter un interêt sérieux pour le traitement des chaleurs fatales à haute température, la chaleur récupérée ( celle en sortie égale à celle en entrée ) pouvant servir à chauffer la chaudière d'une machine à vapeur, d'une machine OCR ou un immeuble ( Annecdotiquement un véhicule tout électrique circulant en ville par temps de pluie froid perd 40 % de son autonomie en raison du chauffage du véhicule et de l'alimentation permanente des auxilliaires) ce qui me fait dire que l'énergie mécanique d'un tel moteur est gratuite. Il faut distinguer les apports thermiques liés aux changements de températures (phases 1 et 3 du cycle) de ceux assurant le bon fonctionnement mécanique (phases 2 et 4) Il faut alors soit utiliser l'énergie interne (transformation adiabatique) soit apporter un complément thermique (transformation isotherme) ( phase 2) ou mettre à profit la pression atmosphérique (phase 4) laquelle a une action négative dans la phase 2.
Je ne sais si j'ai été suffisamment clair , mais je reste à votre disposition pour en discuter.
Cordialement à tous
Vaton
 

Charly 57

Compagnon
21 Décembre 2008
4 734
FR-57330 Moselle
.....En ce qui concerne le fonctionnement, dans le 1er temps le cylindre chaud se rempli de gaz tandis que le cylindre froid en état de dépression par rapport à la pression atmosphérique génère une force mécanique dans une transformation isotherme.Dans le 2ème temps, le cylindre chaud se transvase vers le cylindre froid en créant une dépressurisation dans une transformation isochore. A noter que si le volume froid est plus grand que le volume chaud la dépression sera plus importante au prix d'une certaine énergie à prendre sur l'inertie du volant. Il semble d'après mes calculs que l'idéal est de l'ordre 2,5 fois.
Vaton
Bonsoir
J'ai mal compris car je ne vois pas de moment pendant lequel le volume du piston froid serait à une pression supérieure à l'atmosphère pour pouvoir évacuer.
Je comprends :
1er temps le cylindre froid en état de dépression par rapport à la pression atmosphérique ( donc pas d'évacuation possible ??)
2eme temps, le volume du cylindre froid est minimal ( et il commence à recevoir la pression qui vient du cylindre chaud ) ?? est ce à ce moment là qu'il évacue ?? ( ce serait dommage de jeter l’énergie du piston chaud ?? )

Il me manque un truc !!!
 

vaton78

Nouveau
4 Mars 2019
7
Salut Charly, voici quelques explications.
Le moteur "Avaleur de flamme" dit aussi "Vacuum" a la particularité spécifique d'avoir un gaz chaud en entrée et un gaz froid en sortie. Il comporte 4 phases:
1- du PMH à la fermeture du clapet. Aspiration des gaz chauds (flamme ou toute autre source) à pression constante = Pression ambiante.
2- de la fermeture du clapet au PMB. Refroidissement des gaz--> la pression diminue ; un déséquilibre s'établit entre les deux faces du piston.
3- du PMB jusqu'à l'établissement d'un équilibre entre pression interne et pression ambiante. Contraction des gaz sous la poussée de la pression ambiante sur la face externe du piston. C'est la phase active du processus.
4- De la fin du 3 jusqu'au PMH. Du fait l'équilibre des pressions, le clapet de décharge s'ouvre automatiquement et les gaz sont rejetés à l'extérieur.
L'ensemble est assez simple et ressemble à celui d'une pompe à vélo montée à l'envers. Tu peux d'ailleurs faire l'expérience. Si tu as une vieille pompe (pas en plastique), tu retournes le piston à l'envers. 1- tu aspires de l'air chaud (une bougie etc.. ) jusqu'aux 2/3 de la course. 2- tu fermes l'entrée (pas avec le doigt, c'est chaud…). 3- Tu tires le piston jusqu'à la fin de la course en refroidissant avec de l'eau. Si tu relâches le piston celui-ci revient en arrière brutalement mais pas jusqu'à la fin (le gaz froid a un volume inférieur à celui du gaz chaud en entrée). 4- Tu repousses le piston pour chasser les gaz et tu recommences. Si tu fixes la pompe (coté entrée) sur un support (la selle par exemple) et la poignée à la pédale d'un petit vélo (sans-roue libre) tu auras construit un moteur. (je l'ai fait, ça marche…)
Amuse -toi bien
Vaton
 

gégé62

Compagnon
26 Février 2013
2 456
Harnes (Pas de Calais)
Bonjour à vous
@vaton78
je vois que tu as pas mal bossé ces questions, y compris en pratique avec le Stirling, et je fais donc amende (honorable ?) j'avais mésestimé tes connaissances en ces matières. Deux points m'avaient heurté, et ce dès le début, quand tu parlais de pression comme d'une énergie, et tu disais ne pas comprendre les échanges thermiques à la paroi dans le fichier de calcul. Or bien sûr, sauf erreur de ma part, c'est la base, sans échange de chaleur, pas de phase motrice possible (*).....Mais bon, comme déjà dit c'est pas facile dans un fichier comme ça de s'y retrouver, même pour moi, donc :wink:, et comme je l'ai dit, ça ne me dérange pas d'en discuter mais je n'ai pas de temps en ce moment à y consacrer, et il m'en faudrait pour me replonger dans les explications que tu donnes sur les cycles.
A propos des cycles thermodynamiques d'ailleurs, je reprocherais aux enseignants (ceux que j'ai eus en tous cas) leur façon de présenter la chose, qui est trop près du théorique et pas assez près du pratique. Ainsi j'ai souvent buté sur le fait qu'on disait "tel moteur fonctionne sur tel cycle, compression isotherme, détente adiabatique....etc, sans dire pourquoi. Il fallait l'admettre, point final. Or j'en comprends maintenant les raisons, enfin je crois, à peu près, c'est principalement dû à la construction et au fonctionnement propre à chaque principe de moteur, qui fait que telle ou telle phase est allongée dans le temps (on pourra donc se rapprocher d'un isotherme) une autre est très rapide, combustion par exemple (mais pas toujours) alors on pourra se dire en phase adiabatique, car les échanges n'ont pas le temps de se faire.....et en fait, on n'est jamais vraiment dans un type de transformation bien précis, en pratique on est souvent entre les deux.
ouf, j'ai été long pour pas grand-chose....
(*) du moins si l'on admet que la combustion est complètement terminée au moment de la fermeture du clapet. Je ne sais plus qui nous en avait assuré. A défaut de données contraire, je l'admets aussi, mais avec toujours une petite réserve .....

QUOTE="Charly 57, post: 1435053, member: 2451"]J'ai mal compris car je ne vois pas de moment pendant lequel le volume du piston froid serait à une pression supérieure à l'atmosphère pour pouvoir évacuer.[/QUOTE]
Il me manque un truc !!!
en réalité, pendant la sortie des gaz, quand le clapet s'est réouvert, la pression est un peu supérieure, mais juste à cause de la perte de charge au niveau de la sortie, c'est le piston qui force les gaz à sortir. Vu de loin, si on la néglige on dit: pression constante = atmosphérique.
Dans mon fichier j'ai intégré une perte de charge, d'abord forfaitaire, on le fixe comme on croit bon. Mais comme en réalité elle varie au carré du débit instantané, elle est fort variable, à la fois au cours du cycle, et en valeur moyenne en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Dans les derniers versions du fichier, j'ai intégré un calcul de cette perte de charge, mais je ne sais plus si je l'ai finalisé et peut-être pas édité. Car plus on complique plus il y a de bugs....je tenais aussi à conserver le décalage latéral du cylindre, mais ça ne facilite pas les calculs d'angles et de vitesses instantanées ! bref, je ne sais même plus à quoi je suis arrivé :sad::smt017 . Pourtant c'est important, car c'est en partie ce qui limite la vitesse d'un moteur (avec la brièveté des échanges thermiques aussi).
 

gégé62

Compagnon
26 Février 2013
2 456
Harnes (Pas de Calais)
Tu peux d'ailleurs faire l'expérience. Si tu as une vieille pompe (pas en plastique), tu retournes le piston à l'envers. 1- tu aspires de l'air chaud (une bougie etc.. ) jusqu'aux 2/3 de la course. 2- tu fermes l'entrée (pas avec le doigt, c'est chaud…). 3- Tu tires le piston jusqu'à la fin de la course en refroidissant avec de l'eau. Si tu relâches le piston celui-ci revient en arrière brutalement mais pas jusqu'à la fin (le gaz froid a un volume inférieur à celui du gaz chaud en entrée). 4- Tu repousses le piston pour chasser les gaz et tu recommences. Si tu fixes la pompe (coté entrée) sur un support (la selle par exemple) et la poignée à la pédale d'un petit vélo (sans-roue libre) tu auras construit un moteur. (je l'ai fait, ça marche…)
Tout ça me rend à nouveau perplexe......on n'est pas loin du mouvement perpétuel....
 

vaton78

Nouveau
4 Mars 2019
7
J'ai fait l'expérience il y a quelques années.. ça marche à vide, mais il faut ne pas rater ouverture et fermeture de l'entée.. Il n'est évidement pas question d'entrainer le vélo; Il n'y a pas assez de puissance. Pour ceux que çà intéressent, il a été commercialisé dans l'entre-2 guerres des petit tracteurs à avaleur de flamme de marque Deutz je crois. Il y a des vidéos sur YouTube.
Le cycle de Carnot comporte deux transformations adiabatiques ; le refroidissement du gaz vient de l'utilisation de l'énergie interne pour donner du travail. Il n'est pas réalisable en pratique

cycles Carnot-Stirling.jpg
 

Gedeon Spilett

Ouvrier
4 Janvier 2011
428
Essonne
Ces tracteurs n'ont jamais été des avaleurs de flammes, mais des moteur à combustion interne, avec un allumage à boule chaude, une partie de la culasse en forme de boule en nickel chauffée par une lampe à pétrole qui communique la chaleur au mélange à l'intérieur de la chambre de compression dans le cylindre ! une fois la culasse bien chaude, le chauffage auxiliaire pouvait être coupé.
Un diesel à faible taux de compression... dit semi-diesel, mais sûrement pas à un avaleur de flammes.
 

mvt

Compagnon
8 Juin 2014
1 029
FR-91 - RER B
Bonsoir Roland,

Merci de nous le rappeler.
On en avait parlé, notamment pour Gégé à cause du système d'inversion de marche. Apparemment, le train de pignon permet de faire varier "l'avance" et inverser la marche.
Mais 2l quand même.
 
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