Fabrication et caractérisation de micro moteurs Stirling à pistons libres, pour la récupération d’énergie thermique à basse température

Ce mémoire expose le travail réalisé dans le cadre de la mise en oeuvre de micromoteurs à pistons libres fonctionnant selon le cycle de Stirling, pour la valorisation d’énergie thermique à basse température (T< 200° C). Ce moteur prend une forme planaire, s’insérant entre une source et un puits de chaleur, pour fonctionner par la différence de température. Baptisé MISTIC(Micro STIrling Cluster), cette technologie présente des avantages, tant en terme de densité de puissance qu’en champs d’applications (capables de rivaliser avec les systèmes actuellement disponibles dans le commerce). Les travaux ici présents visent à prouver la faisabilité expérimentale d’un micro moteur implémentant le cycle de Stirling avec une nouvelle architecture jamais exploitée auparavant. Son dimensionnement se base sur une modélisation multiphysique réalisée en avant-projet. Plusieurs années d’étude ont aussi été préalablement menées afin d’optimiser certaines composantes essentielles au fonctionnement du moteur. Les conclusions ont aidé à dresser les requis nous donnant les meilleurs outils afin de réaliser un moteur fonctionnel dans ce mémoire. Il en a découlé le choix des matériaux, les configurations pour chaque composant, ainsi que le développement de leurs processus de fabrication. Nous avons également mis en oeuvre un procédé d’assemblage visant à répondre aux fortes exigences de précision imposées par l’échelle du micromoteur, tout en nous permettant de le caractériser. La dynamique interne du moteur repose sur la vibration de trois masses, confinées entre deux membranes polymériques. Selon les modèles théoriques, et certaines caractérisations préliminaires, cet assemblage présente les comportements dynamiques requis au bon fonctionnement d’un modèle de micromoteur MISTIC. Cependant, les défis de réalisation sont conséquents et donc nous avons choisi de développer un actionneur externe pour "forcer le démarrage du moteur". Ce dernier aura la possibilité d’être piloté en tant que récupérateur du travail mécanique généré par le MISTIC si celui-ci vient à produire une énergie exploitable. Nous sommes donc parvenus à construire deux prototypes de micromoteurs MISTIC en tenant compte des requis pré-établis. La conformité des caractéristiques mécaniques et structurelles du moteur est testée en comparaison avec les données théoriques afin de valider les procédés de fabrication et d’assemblage. Les premiers essais ont révélé des facteurs de qualité supérieurs à 50 pour les assemblages masse-membrane et une résistance conséquente des membranes à la fatigue, tous deux répondant aux requis de fonctionnement. Par la suite, les tests de démarrage du moteur complet ont aidé à quantifier expérimentalement les pertes de charge internes et ont montré une bonne symétrie de fonctionnement entre les trois cylindres. Aussi, on a relevé des courbes de comportement, en fonction des variables de démarrage, laissant supposer une activité du cycle thermodynamique et ainsi validant l’approche suivie. Ces résultats contribueront à l’optimisation de la future génération de prototypes MISTIC. Des caractérisations plus approfondies sont cependant nécessaires.

Name thesis:degree_name

M. Sc. A.

Level thesis:degree_level

Maîtrise

Discipline thesis:degree_discipline

Génie mécanique

Grantor dc:publisher

Université de Sherbrooke

Year dc:date.issued

2019

Author dc:creator

• Avetissian, Tigran

Advisor dc:contributor.advisor

• Fréchette, Luc

• Énergie
• Moteur
• Récupération
• Chaleur
• Actionneur électromagnétique
• Facteur de qualité
• Energy
• Engine
• Harvesting
• Heat
• Electromagnetic actuator
• Quality factor

Language dc:language.iso

fr

Handle dc:identifier.uri

http://hdl.handle.net/11143/15031

OAI identifier oai:identifier

oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/15031