Calculs autour du moteur mange-flammes

Bonjour,
Je n’ai pas cherché à prendre part à cette discussion, malgré son titre qui avait éveillé mon intérêt du fait que j’aime beaucoup la thermodynamique.
Mais j’ai renoncé parce que je n’ai jamais travaillé sur les moteurs mange flammes et que ma contribution aurait été nulle, donc inutile.

J’ai juste noté en ouvrant au hasard une des dernières pages, que gégé62 n’arrivait pas avec Excel, qu’il maîtrise très bien au demeurant, à résoudre un problème de recherche d’extremum.
Je me permets de faire une suggestion, qui se révèlera peut-être stupide, parce que je n’ai pas suivi la discussion, et dans ce cas je serais désolé d’avoir écrit ce post.

Si un système d’équations (linéaires ou non linéaires) a été écrit pour modéliser le comportement du moteur, on doit pouvoir le résoudre par les méthodes numériques de résolution, pour chaque combinaison d’hypothèses sur les paramètres du moteur et voir celle qui correspondrait le mieux à l'objectif recherché.
Le solveur d’Excel le fait peut-être, mais avec des limites, sur les équations non linéaires par exemple).

gégé62 a dit:

là je parlais de la température de l'air sortant du décapeur....

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Oui, j'avais suivi
Effectivement, entre le prévu et le réel, je vais regarder.

Re,

gégé62 a dit:

Le danger pour moi c'est qu'après avoir fait le tour de la question sur le plan théorique (je n'aime pas ce mot) je n'aurais peut-être plus envie d'en construire....en somme, c'est moins fatigant de discuter et faire quelques calculs et fichiers excel que de se mettre à l'ouvrage à l'atelier

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J’ai exactement le même travers que toi : ce qui m’émoustille le plus c’est l’analyse du problème et la recherche des solutions. Ensuite, la réalisation est vue comme fastidieuse et je ne la fais pas, sauf quand j’en ai impérativement besoin.

gégé62 a dit:

Je ne pense pas que l'on puisse parler d'un système d'équations ici, genre N équations à N inconnues, que l'on chercherait à résoudre de façon analytique. Je pense que modéliser un moteur de cette façon doit être très compliqué, sans doute infaisable. Là on utilise une méthode incrémentale, c'est une sorte de "pas à pas" dans lequel on calcule pour chaque pas comment les choses ont évolué.

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gégé62 a dit:

Par exemple trouver la vitesse qui donne le plus de puissance, à partir de la vitesse et de la puissance actuelles, je fais vitesse = vitesse +1 si ça va dans le bon sens je continue, sinon je fais = vitesse -1, et cela tant que la puissance augmente.

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J’avais très bien compris que c’était une recherche d’extremum sur un modèle mathématique du moteur (les équations qui décrivent son comportement) et pas la recherche des racines de ce système d’équations.

La recherche d’extremum revient (en le disant très simplement) à rechercher les racines du système constitué par les dérivées des équations du modèle mathématique. Quand les dérivées s’annulent c’est qu’on est à l’extremum (mais attention, on peut être sur un extremum relatif et pas sur l’extremum absolu, comme quand une courbe fait une bosse, redescend, puis remonte vers une bosse plus haute que la précédente)

C’est bien ce type de recherche d’extremum que tu as fait. Tu travailles bien sur la dérivée quand tu fais ton « vitesse+1 » ou « ton vitesse-1 ». Tant que le résultat recherché monte tu ajoutes des + 1 et quand il commence à redescendre tu conclus que tu avais atteint l’extremum (annulation de la dérivée = passage du col).

De plus, je parlais bien de méthode numérique et pas de méthode analytique. La méthode analytique n’est applicable que quand on sait résoudre les équations de façon formelle. C’est le cas à l’école, mais rarement dans les projets concrets.
D’où l’existence de méthodes sur outils numériques, tels que MATLAB (payant) ou SCILAB (gratuit). Ils traitent ce genre de problèmes.
J’ai SCILAB, mais comme je ne travaille sur ce genre de problème qu’une fois tous les 36 du mois, chaque fois je galère à redécouvrir la syntaxe d’utilisation, etc.
Du coup, je me suis fait mon propre outil de résolution numérique. Il converge bien moins vite que SCILAB vers le résultat, mais même s’il met «une plombe» à y arriver, cela ne me dérange pas. Etant retraité j’ai tout mon temps, je ne suis plus aux pièces. Je vais boire l’apéro avec un copain pendant que la «babasse» travaille……...et elle a même très souvent fini bien avant mon retour.

Re,
@gégé62:
J’ai une petite déformation professionnelle sur le sujet, parce que ma formation initiale et toute ma vie professionnelle ont porté sur
« l’analyse de la dynamique des systèmes, de leur comportement, en vue de les conduire automatiquement et d’optimiser leurs performances de production et les caractéristiques des produits finis »
(dans toutes sortes de processus industriels physico chimiques).

Dans le cas d’un avaleur de flammes :
- On peut rechercher l’optimum selon un critère donné (puissance, couple,…) par tâtonnements, en faisant des montages et des essais mécaniques successifs.
- On peut le rechercher par travail sur son modèle mathématique (les équations qui décrivent son comportement), ce qui permet d’explorer rapidement et finement tout le domaine de fonctionnement et de tout optimiser…….mais dans la mesure où on a su trouver les équations du modèle, et ce n’est pas une mince affaire.

Dans ton tableau Excel c’est bien un modèle que tu as rentré. Si j’en trouve le temps j’irai voir cela de près.
Tu disais dans un post précédent que tu avais fait, par exemple, l’approximation des gaz parfaits pour les gaz avalés. De même tu as dû décrire comment l’échange de chaleur se faisait avec les parois, etc.

Dans l’industrie on a une armée d’ingénieurs, dans les entreprises elles-mêmes, et dans les centres techniques de la profession, pour affiner les modèles….. et ils bénéficient de l’expérience de tous ceux qui les ont précédés, pendant des dizaines d’années.

Bonne soirée.

Bonsoir,

Merci pour vos explications. Je ne suis pas toujours même si cela réactive des vieux souvenirs bien enfouis. Je me sens bien niais comme candide du coup =< Mais, même s'il est de 1914, le vol 1 du bouquin précité (je n'ai que celui là) m'éclaire un peu quand même.
On y retrouve a peu près tout ce qu'il y a dans la feuille de calcul, avec les gravures en plus
Je ne sais si c'est uniquement pour des questions d'illustration ou lié aux pratiques, mais, si je l'ai interprété correctement, dans le désaxage, le centre de la manivelle est toujours au dessus de l'axe de la tige du piston.

(Ce n'est pas le moteur ou les formules qui m'empêchent de dormir, mais le boulot...)

Bonjour à tous,

@mvt : concernant la position du centre de manivelle et du centre de l'alésage, je pense qu'il s'agit d'un arbitraire du Hutte (joli bouquin). Il fallait bien choisir une figure pour illustrer les variables employées dans les formules. On peut très bien avoir un alésage au dessus ou en dessous du vilebrequin, et aussi inverser le sens de rotation.

En résumé pour tous : Cette idée de désaxage n'est pas neuve, elle est maintenant courante sur les moteurs à combustion interne. Dans le contexte de l'avaleur de flamme, il s'agit de favoriser l'échange aux parois en jouant sur les temps d'admission et de course motrice du piston.

SULREN a dit:

......
Dans l’industrie on a une armée d’ingénieurs, dans les entreprises elles-mêmes, et dans les centres techniques de la profession, pour affiner les modèles….. et ils bénéficient de l’expérience de tous ceux qui les ont précédés, pendant des dizaines d’années.

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Merci de t'intéresser au sujet. Je suis d'accord sur tes propos. ainsi qu'avec ta conclusion. Il y a dans le monde industriel une somme colossale de connaissances expérimentales et théoriques, sur plusieurs générations. Avec des modèles de calculs qui ne cessent de s'affiner.
Le problème avec l'avaleur de flammes, c'est que cela n'a jamais été au delà du stade du jouet, sans applications industrielles, et donc sans beaucoup de moyens.

Je ne peux aussi que partager ton avis sur une feuille de calcul qui idéalement définirait un optimum global, avec un nombre de variables limitées à rentrer.

Le mérite de la feuille de calcul de @gégé62 est déjà d'avoir une approche construite. Avec un raisonnement qui est juste mais basé sur des hypothèses concernant particulièrement les échanges aux parois. Cette feuille XLS demande encore quelques déverminages (je vais m'y atteler sur la dernière version). Cela permettra de valider "ligne à ligne" la cohérence des formules de base.
Après faute de mesures (puissance nette, flux thermiques etc), cette feuille ne donnera que des tendances "logiques".
Si tu as le temps de regarder aussi le dernier fichier de gégé, cela permettra de valider cette feuille dans l'état. Je t'accorde que des modifications itératives "ligne à ligne" des paramètres, c'est long. Mais je pense que c'est incontournable pour envisager une éventuelle étape d'après (avec optimisation plus au moins automatique).

Bien cordialement,

Bonjour,
J’ai toujours trouvé l’avaleur de flammes très sympa, même si je n’ai jamais tenté d’en réaliser, étant déjà pris par plein d’autres passions.
Le rendement médiocre de ce moteur l’a confiné à un rôle ludique, dans le modélisme, contrairement aux autres moteurs thermiques qui ont joué un grand rôle pratique et industriel (machines et turbines à vapeur, turbines à gaz, moteurs à combustion interne).

L’avaleur de flammes aurait pu trouver un rôle pratique de production d’énergie mécanique, dans la co-génération. Dans ce cas son rendement aurait été vu comme égal à 1.
Malheureusement pour lui, un autre type moteur lui a volé ce rôle : le moteur Stirling.
http://www.moteurstirling.com/applications-cogeneration.php

Exemple :
On un poêle à bois, donc un foyer de braises très chaudes.
Un tuyau part de l’atmosphère, à l’extérieur du poêle, traverse le foyer, et aboutit de l’autre côté du poêle à un avaleur de flammes (d’air très chaud dans ce cas).
La chaleur dissipée par les ailettes du moteur n’est pas une perte de rendement dans ce cas , puisqu’elle réchauffe la maison. Même l’énergie créée par frottement des pièces du moteur participe au chauffage. Il faut un clapet d’échappement indépendant de celui d’admission.
On fait de la co-génération : production simultanée de chaleur et d’énergie mécanique.

Les modélistes et amateurs sont tout à fait capables d’écrire les équations de l’avaleur de flammes (gégé l’a bien fait). Mais il faut ensuite déterminer les valeurs précises à donner aux constantes et coefficients de ces équations, si on veut une modélisation précise.
C’est facile pour certaines valeurs (dimensions, par exemple) mais bien plus difficile pour d’autres (coefficients de frottement, d’échange thermique,….).
Seules des expérimentations coûteuses le permettent, et seuls de grands labos ont les moyens financiers de les conduire (gégé devrait peut-être jouer au loto, …..et nous, ses supporters, aussi ).

D'après mes expériences, le système de cogénération proposé a de forte chance de ne pas tourner...
des braises rouges ( vers 800°) ne vont surement pas chauffer un flux d'air à cette température, qui serait nécessaire pour que l'avaleur de flamme tourne rapidement (et de plus devrait rapidement refroidir les braises).

Je ne parvient pas à mesurer la température des gaz qui font tourner un moteur, (je n'ai qu'un thermomètre IR 900°C max, pour mes fonderies, qui mesure la température de surface et qui est incapable de mesurer "en l'air" !) mais par exemple, la température des pistolets à air chaud est insuffisante...

Un de mes de mes moteurs veut bien tourner très mollement avec un pistolet à air chaud et à ma connaissance, je n'ai vu cette expérience reproduite nulle part...
un flux d'air est différent d'une source chaude : je souffle doucement sur mes doigts pour les réchauffer et si je me brûle, je souffle rapidement pour les refroidir !
Donc il faut vraiment l'air super-chaud fournit par une flamme, même si cette flamme est petite, une simple lampe à alcool par ex. c'est un fait; pas de très haute température à l'entrée, pas de cycle; et je m'avance un peu, mais ceci même au pôle nord, avec -40°C extérieur...

Gedeon Spilett a dit:

D'après mes expériences, le système de cogénération proposé a de forte chance de ne pas tourner...
des braises rouges ( vers 800°) ne vont surement pas chauffer un flux d'air à cette température, qui serait nécessaire pour que l'avaleur de flamme tourne rapidement (et de plus devrait rapidement refroidir les braises).

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Oui il y a toutes les chances que la micro co-génération sur un poêle ne puisse pas se faire avec des avaleurs de flammes.
Mais avec des moteurs Stirling, par contre, cela fonctionne sur des poêles à bois ou à pellets. Le refroidissement du foyer par le prélèvement de chaleur effectué par le moteur ne semble pas poser problème.

Bonjour à tous,

Mes calculs se sont longtemps limités à de l'algo et un peu de stat descriptives pour virer ensuite sur la conception, l'organisation, la qualité et la direction de projet, bref, que de la science molle Et en plus si on ajoute un fond de sociologie, tout ça n'entre pas trop en équation (enfin pas encore).
Cela fait plusieurs années que je regarde les systèmes à cogénération à base de Stirling avec pas mal de problèmes associés, pas uniquement techniques... Le coût de la chaudière avoisine un bon 15000€ avec une production d'énergie (électricité) d'environ 1kw, racheté à 8 ou 10 cts par l'électricien national.
Une solution de repli pourrait les "power cell" permettant le stockage de l'électricité produite. Mais le coût de l'installation complète (sans compter les adaptations au niveau du compteur) reste encore prohibitif (avec un amortissement sur environ 18 à 20 ans).
Pour ceux que cela tente, il y a un article intéressant, même s'il est un peu ancien, sur le développement du véhicule électrique en France par M. Callon & B. Latour (Le grand Léviathan s’apprivoise-t-il ?).

Pour revenir à des choses plus prosaïques, quelques données pour notre Gégé national.

Sur le BG (les côtes sont en mm, avec mes marges d'erreur)
* Cylindre : l'alésage est de 21 avec une profondeur de cylindre de 51. La longueur (externe) du cylindre est de 51.85 (opercule compris, apparemment collé, je n'ai pas cherché à l'enlever). Les ailettes font 3mm de profondeur et 1.5 de large. il y en a 8 réparties également sur 38mm. La partie "basse", vissée sur le socle fait 3.6mm, la partie haute "culasse", 6.5mm, le diamètre externe est de 36.2
* Le piston fait 20.99 de diamètre, avec une hauteur complète de 19.8. La jupe fait 3.25 d'épaisseur (en rayon) et le diamètre interne 14.60. Le piston est maintenu par une vis collée sur le pied de bielle (7.9 / 10.10)
* La bielle fait 70mm
* Tous les axes sont en 6mm
* Les volants font 65mm avec une épaisseur de 12.
* Le rayon du vilebrequin est de 12mm (mesure indirecte)
* La came fait, dans sa partie la plus large 21mm "répartis comme suit" : partie "basse" 5mm - axe 6mm - partie "haute" 10mm. Dans sa plus grande largeur, elle fait 19.7mm. Je l'ai passée à la lime aiguille et ai redressé la came de commande.
Le vilebrequin est monté sur des paliers avec des roulements à épaulement (épaisseur : 5, hauteur : 15, (17 à l'épaulement), dia. 6)

Le tout a été graissé à l'Armistol (elle a plus de 50 ans, 9Frs à l'époque )

Si vous avez besoins d'autres info.

Il fonctionne parfaitement une fois chaud. Je ferai un essai de préchauffage pour voir (il faut aussi que je mesure la température du décapeur dès que j'aurai retrouvé ma sonde K). Lors de mon premier essai à l'alcool, j'avais "boosté" la flamme avec un petit chalumeau, avec un effet immédiat en prise de vitesse, mais le souffle l'éteint) Apparemment, il est assez bien conçu et facile à mettre en oeuvre.

Je pense la majorité des pièces en laiton en dehors de la bielle, des manetons, de la came, etc.

J'en ai profité pour polir légèrement la "glace" sur laquelle coulisse l'opercule en laiton (1/10e, 11.5 de large, 41 de long)

Je vous mettrai les photos dans la journée avec une petite mise en marche post jardinage si je ne suis pas trop cassé

Je vais regarder si je peux refaire le support du cylindre pour regarder l'effet du déxassage (vers le haut pour moi, vu la place disponible). J'ai une marge d'environ 4mm entre la bielle et la jupe du piston à mis parcours du PMH/PMB.

Je tenterai une réalisation complète quand j'aurai récupéré toute ma ferraille. Ce ne sera pas forcément très esthétique, mon objectif est avant tout que ça marche et mettre en pratique le super tableau de Gégé.

Merci à vous

<EDIT>
J'arrive à 480°C avec mon décapeur. Ventilation et puissance "à fond", thermocouple juste en sortie du flux d'air, au milieu, avec le réducteur
</EDIT>

Merci Gégé.

Je vous mets toutes les photos en vrac ici ou préférez-vous que je vous fasse un zip séparé ?
Le moteur tourne dans le sens horaire. Je n'ai pas eu le temps de faire le plein pour le mettre en route. Je n'ai pas démonté la came non plus pour en faire un profil, n'étant pas certain de pouvoir la remonter correctement.
De façon empirique (pour la came), dans le sens horaire, en partant du PMH (0°), le clapet est ouvert en grand. Il commence à se fermer à 90°, il est clos à 135. on est maintenant au PMB (180). le clapet commence à s'ouvrir à 225. Il est complètement ouvert à 315. on revient au PMH (360). Je vais regarder pour coller un petit disque gradué pour avoir des angles plus précis.
Il y a 4 photos à 0, 90, 180 et 360 avec la came.
Donc, si j'ai bien suivi, il est préférable que je décale vers le bas, il n'y a pas trop de place.
L'autre solution, pour un décalage vers le haut, serait de changer la came de place pour permettre un fonctionnement antihoraire. Est-ce possible ?
Pour Gédéon Spillett, je confirme : il ne tourne pas avec un décapeur, en tout cas, ce modèle sans soupape. Je pense que le flux d'air soufflé empêche la sortie de l'air "refroidi" à la remontée du piston.
J'ai dans l'idée, pour celui que j'aimerai faire, de remplacer le clapet par une distribution rotative, avec un renvoi d'angle. Plus compliqué à réaliser, plus simple pour faire varier l'ouverture.
Comme je suis une bille en dessin, je vais tatillonner un peu. Je suis plus à l'aise en processus organisationnels et avec la théorie de l'activité (p. ex. )
Je cherche à résoudre mon problème de mandrin qui ne tourne pas rond avant, ce qui me handicape pour les pièces que je souhaite faire.

J'avais déjà regardé les commentaires du fichier précédent. Cela facilite beaucoup la compréhension. Un grand merci pour ton super travail.
Ce que j'aime avec les tableurs, c'est que les limites de l'outil sont celles de l'utilisateur.
A mon sens, c'est le plus bel outil réalisé par Bilou Gatessé... et on est maintenant bien loin de Visicalc.
Comme l'interopérabilité (sémantique et organisationnelle) est aussi un de mes sujets d'intérêt, on se rend compte, avec ce type d'outil, des difficultés inhérentes à la transmission de la connaissance, la connaissance qui est enfouie dans ces outils reste souvent inaccessible à ceux qui les utilisent. J'ai un exemple entre autres (américain) intéressant sur ce sujet.

Bonne soirée à vous

<EDIT>
Comme le fichier est trop gros, je vous ai mis toutes les photos dans un zip que vous pouvez télécharger ici. C'est un lien temporaire. Il sera supprimé automatiquement dans 30 jours.
</EDIT>

Bonjour à tous,

J'avais oublié ces valeurs, le "couvre culasse" à un trou de 8mm, le haut du cylindre, 6.1 si je ne me trompe pas dans les chiffres de mon cahier. Sur les angles que je t'ai donnés, c'est à l'estime, clapet complètement ouvert ou fermé. La pente de la came est assez abrupte ce qui fait que l'ouverture ou la fermeture se font sur quelques degrés. J'essaie de te faire une petite vidéo quand l'aurai 2 minutes.
Il faut que je regarde pour le volume mort. Au PMH, j'ai 7 (en profondeur) au PMB, 31 (soit une course de 24, ce qui est conforme avec le rayon du vilebrequin.)). Mais vu qu'il y a la vis en haut du piston, je pense que je tape dessus avec la jauge de profondeur de mon vernier.
Je vais me faire un petit disque pour avoir un relevé plus juste.
Je n'ai pas encore mesuré la vitesse en fonctionnement.
Je reprends ton fichier.

Merci Gégé,

Je regarde cela prochainement.
A mesurer : température de la flamme. J'ai employé de l'huile à photophore (Nature & Découvertes) la première fois, c'est ce qui semble marcher le mieux. L'alcool dénaturé à brûler, ce empeste la maison. J'ai essayé de l'alcool à 90, la flamme est bleue mais elle est soufflée régulièrement.
Température du cylindre en fonctionnement
Vitesse de rotation (le max atteint)
Le tout dans la configuration d'origine.
Comme le support du cylindre n'est pas compliqué à faire, je vais regarder ce que je trouve dans mon bric à brac en tôle d'alu pour en refaire un, avec une lumière à la place des trous.
Le cylindre étant désolidarisé du bâti, je vais l'oter pour regarder comment est fixé le moteur dessus (je pense par 4 HRC). Je peux donc aussi tricher en le surélévant un peu.
Je vous dis quoi.
A bientôt

Excellente soirée.
Demain, j'ai école

Bonjour à tous,

@gégé62 : complètement en accord avec ta dernière remarque. Les paramètres purement géométriques interfèrent entre eux. Donc c'est difficile de partir d'un moteur assez joli pour en faire un modèle modulable de test.

J'ai réfléchi un peu de mon côté sur ce "démonstrateur", en dehors de l'instrumentation qui pourrait enrichir les données d'entrée de la feuille de calcul. Il faut que je mette sur le papier toutes les idées sur ça et le scanne, ce ne sera pas pour tout de suite.

Concernant ton fichier, ma pauvre version de XLS ne supporte pas les macros (et le nombre de conditions SI est limité à 3)... Donc pareil, avant d'avoir un "full XLS", il va se passer un peu de temps.

Bien cordialement,

Bonjour,

D'où l'idée de surélever d'un côté ou de baisser de l'autre, en conservant un plan horizontal et vertical correct.
Je crois que Gégé à les deux. Normalement, tu peux l'ouvrir dans LibreOffice aussi.
Bonne journée.

Bonjour,

En vitesse... Mettre la dernière version de ton fichier sur la première page du fil en supprimant les versions plus anciennes ici.
Après, c'est à chacun localement de gérer les différentes versions sur son PC.
C'est peut-être plus simple.

Bonjour, je viens de regarder ta dernière mouture de la feuille de calcul mange flammes...plusieurs pages pour comparer les modifs, c'est très pratique !
pour les calculs auto de vitesse ou de rendement, je verrais plus tard.
je suis encore perplexe par la courbe PV qui change avec la vitesse, la surface entre les courbes diminue quand la vitesse augmente...je ne pense pas que ce soit le cas avec un cycle Stirling, qui fonctionne aussi sur des échanges de chaleur.
En pratique je cherche la vitesse maximum sur mes moteurs, j'ai bien l'impression que plus il tourne vite, plus je peux lui imposer une charge élevée.

Bonsoir à tous,

Gedeon Spilett a dit:

En pratique je cherche la vitesse maximum sur mes moteurs, j'ai bien l'impression que plus il tourne vite, plus je peux lui imposer une charge élevée.

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Cela n'est-il pas lié à l'énergie cinétique ? La charge est-elle constante ?

Bonne fin de soirée