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Article de référence | Réf : BE8044 v2

Progiciels de thermodynamique

Auteur(s) : Renaud GICQUEL

Relu et validé le 23 juin 2021

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RÉSUMÉ

Les progiciels de thermodynamique sont des outils informatiques qui permettent de calculer l’état thermodynamique d’un fluide dans un large intervalle de ses variables d’état. Cet article est structuré en trois parties. La première détaille les équations d’état communément utilisées pour modéliser les gaz réels, depuis les cubiques jusqu’aux nouvelles équations issues de la thermodynamique statistique, et présente quelques progiciels destinés à le calculer les équilibres de phase des corps purs et des mélanges. La seconde partie présente un certain nombre de progiciels à équations d’état présélectionnées dédiés à une classe d’applications, tandis que la troisième traite des progiciels de combustion.

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ABSTRACT

Thermodynamic software

Thermodynamic software packages are computer tools that calculate the thermodynamic state of a fluid over a wide range of its state variables. This article is in three parts. The first details the state equations commonly used to model real gases, from cubic EOS to the new equations derived from statistical thermodynamics. It presents some software packages for calculating the phase equilibria of pure substances and mixtures. The second part presents a number of software packages with preset equations of state dedicated to a class of applications, and the third deals with combustion software.

Auteur(s)

  • Renaud GICQUEL : Professeur - PSL – Research University, PERSEE – Centre procédés, énergies renouvelables et systèmes énergétiques, Mines ParisTech, Sophia Antipolis, France

INTRODUCTION

Cet article fait suite aux articles « Diagrammes thermodynamiques – Généralités à Diagrammes thermodynamiques – Mélanges humides et combustion » dans lesquels ont été présentés les diagrammes relatifs aux corps purs et aux mélanges. Il traite des progiciels utilisés en thermodynamique.

Les diagrammes présentent le très grand intérêt de fournir une représentation visuelle des propriétés d’un fluide dans son domaine d’utilisation, et se prêtent très bien aux analyses qualitatives des évolutions que peut subir ce fluide dans les opérations industrielles, mais leur précision de lecture est relativement mauvaise et leur utilité faible pour le dimensionnement où souvent on a besoin d’une représentation continue (calculs de distillation...).

Pour des analyses quantitatives, on préfère aujourd’hui compléter les diagrammes par l’utilisation de progiciels (contraction des deux termes « produit logiciel » caractérisant un logiciel standard développé pour répondre à un cahier des charges générique non spécifique à un seul utilisateur). Les progiciels de thermodynamique sont des outils informatiques qui permettent de calculer l’état thermodynamique d’un fluide dans un large intervalle de ses variables d’état. Pour cela, ils ont recours à des formulations mathématiques de leurs propriétés, basées sur des équations dont la forme et les paramètres ont été ajustés ou sont ajustables par comparaison avec des valeurs expérimentales relevées par les laboratoires de recherche et publiées dans la littérature ou dans des bases de données. Les principales équations d’état sont ajustées par des techniques numériques et les équations différentielles de la thermodynamique permettent d’en déduire les fonctions dérivées.

Lorsqu’une même formulation ne permet pas d’obtenir une précision suffisante dans tout le domaine d’utilisation du fluide, celui-ci est subdivisé en plusieurs régions, chacune décrite par une formulation appropriée (zones liquides, d’équilibre liquide-vapeur, de vapeur...). Aux frontières de ces régions, de petits écarts de valeur peuvent exister. Un exemple, concernant l’eau, est donné dans cet article.

Étant donné que les variables d’entrée intéressant un utilisateur donné ne sont pas nécessairement celles qui apparaissent dans les formulations mathématiques retenues, il est souvent nécessaire d’effectuer des changements de variables, en inversant de manière plus ou moins complexe les équations d’état du progiciel. Dans certains cas, des difficultés de convergence peuvent apparaître.

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KEYWORDS

combustion   |   phase equilibria

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-be8044


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), POLING (B.E.) -   The properties of gases and liquids.  -  4th Edition, McGraw-Hill (1987).

  • (2) - KONTOGEORGIS (G.M.), FOLAS (G.K.) -   Thermodynamic models for industrial applications, from classical and advanced mixing rules to association theories.  -  ISBN 978-0-470-69726-9, Wiley (2010).

  • (3) - GROSS (J.), SADOWSKI (G.) -   Perturbed-chain SAFT : An equation of state based on a perturbation theory for chain molecules.  -  Ind. Eng. Chem. Res., 40, p. 1244-1260 (2001).

  • (4) - ASHRAE -   Fundamentals Handbook (SI) Thermophysical properties of refrigerants  -  (2001).

  • (5) - BOREL (L.) -   Thermodynamique et énergétique.  -  Presses Polytechniques Romande, Lausanne, vol. 1, 1984, vol. 2 (Exercices corrigés) (1987).

  • (6) - CHAPMAN (W.G.), GUBBINS (K.E.),...

1 Outils logiciels

Progiciel PE 2000 http://www.tuhh.de

Progiciels ProPhy Plus, BibPhy Add-In http://www.prosim.net

Progiciel DiagSim [email protected]

Bibliothèque CTP Lib http://www.dep.mines-paristech.fr

Progiciel Aspen Plus http://www.aspentech.com

Progiciel Pro II http://www.simsci.com

Progiciel DDBSP http://www.ddbst.de/

Progiciel AlIProps http://allprops.software.informer.com

Progiciel Thermoptim http://www.thermoptim.org

Cycle-Tempo http://cycle-tempo.software.informer.com

Progiciel MacroWater97_v13.xla http://www.falchemist.com

Progiciel Coolpack http://en.ipu.dk

Progiciel RefProp http://www.nist.gov/srd/nist23.cfm

Progiciel Thermoblend http://club-ceres.eu

Progiciel Solkane http://www.solvaychemicals.com

Progiciel CalculAbs http://neveu.pierre.free.fr

Progiciel PsychroDream (air humide) http://outils.xpair.com...

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