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Intégration de l’option « Best Design » dans EchTherm

La nouvelle option Best Design : un algorithme de calcul automatisé qui permet de sélectionner rapidement le meilleur design d’un échangeur parmi une multitude de configurations géométriques

Suite à une forte demande des adhérents du GRETh concernant cette thématique, la toute nouvelle fonctionnalité Best design a été intégrée dans la dernière version de EchTherm.

L’option Best Design, c’est quoi ?

L’option Best Design permet un gain de temps significatif des opérations de calculs dans la phase de recherche de la géométrie optimale d’échangeur pour un process et ses contraintes données.

Pour trouver la géométrie optimale d’un échangeur, il est souvent nécessaire de réaliser un important nombre de calculs complet d’échangeur en faisant varier, en général un à un, les paramètres géométriques prépondérant sur les performances thermo-hydrauliques.

Afin de rendre ce travail d’optimisation moins chronophage, l’option Best Design permet d’effectuer automatiquement tous les calculs complets de design échangeurs pour toutes les possibilités géométriques que l’utilisateur aura sélectionné et choisi dans une interface unique dédiée.

Une fois ces calculs réalisés, l’option Best Design permet également de réaliser automatiquement un tri et une sélection des cas répondant aux contraintes de design indiquées par l’utilisateur (par exemple sur la marge thermique minimum et maximum requise, ou encore sur les pertes de charge maximum autorisées). Au final, les 10 meilleures configurations géométriques parmi l’ensemble des cas possibles sont affichées dans la partie résultat. L’utilisateur peut également réaliser une exportation automatique de tous les résultats de calculs de l’ensemble des cas sur un fichier Excel mis en forme.

En résumé

L’option Best Design de EchTherm permet ainsi en un clic :

  • L’établissement d’un plan d’expérience complet de toutes les possibilités de calculs à partir de la variation, sur une gamme (minimum et maximum) et un pas donné, d’un ou plusieurs paramètres géométriques ;

  • La réalisation automatique des calculs thermo-hydrauliques sur l’ensemble des cas possibles (plan d’expérience complet) ;

  • Le tri et la sélection des cas de calculs en accord avec les contraintes et cibles de performances indiquées par l’utilisateur ;

  • L’affichage des 10 meilleurs cas dans l’interface d’EchTherm et la possibilité d’exporter automatiquement tous les résultats de l’ensemble des cas de calculs dans une fiche Excel mis en forme.

A ce jour, cette option est uniquement disponible sur la technologie tubes et calandre (TEMA E, simple passe, monophasique) et la technologie d’échangeur Tube-in-Tube (échangeur tubulaire coaxial, monophasique). Elle sera par la suite implémentée pour d’autres technologies.

Nous espérons que cette nouvelle fonctionnalité, vous apportera pleine satisfaction et nous attendons impatiemment vos premiers retours sur le sujet !

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Tutoriel d’utilisation et d’explication de l’option Best Design

L’option Best Design est sélectionnable dans l’interface des outils « SIZING » via le volet de sélection suivant :

L’option « Simple Design » conserve le mode classique de calcul et l’option « Best Design » permet d’accéder aux fonctionnalités associées à cette option.

Une fois l’option « Best Design » choisie, tous les paramètres géométries pouvant être variable pour le calcul « Best Design » sont à saisir dans l’interface . Les paramètres géométriques n’entrant pas dans ce cas de figure (paramètre non variable) restent à saisir dans l’interface classique .

Une fois dans l’interface , on peut choisir différents paramètres géométriques comme étant des variables ou des constantes. Pour cela, il suffit de sélectionner « Variable » dans la colonne « Type » du tableau et de saisir les valeurs minimum, maximum et de pas souhaités pour la grandeur sélectionnée (sur l’exemple ci-dessous, on sélectionne la grandeur « External Tube Diameter » à faire varier de 19 mm à 23 mm avec un pas de 1 mm).

Lorsque l’on souhaite conserver une valeur fixe pour une grandeur, on doit sélectionner « Constante » dans la colonne « Type », et saisir la valeur correspondante du paramètre géométrique.

Voici ci-dessous un exemple de l’interface Best Design de l’outil tubes et calandre :

Interface Best Design de la fiche tubes et calandre : Visualisation des saisies des paramètres géométriques variables

Ensuite, on peut choisir des valeurs cibles pour certaines contraintes de dimensionnement souhaitées à appliquer pour le tri des designs. Il s’agit de choisir au final uniquement les cas de configurations géométriques aboutissant, par exemple, a une marge thermique comprise entre 0% et 20%. Pour cela, on choisit des valeurs à filtrer grâce au tableau suivant :

Interface Best Design de la fiche tubes et calandre : Visualisation des saisies des paramètres de filtres

En sélectionnant « Activated » dans la colonne « Filter » pour une grandeur, on réduit les cas de Design intéressant à sélectionner. Les grandeurs généralement souhaitées sont les valeurs de marges thermiques de l’échangeur, de pourcentage d’exploitation des pertes de charge maximum autorisées ou encore de vitesses de fluide. Une fois le choix activé, on saisit les valeurs minimum et maximum souhaitées pour ces paramètres (par exemple dans le cas ci-dessus une marge thermique comprise entre 0 et 20%). On obtiendra alors, une fois le calcul finalisé, uniquement les résultats répondant à ces exigences.

Les valeurs données dans les colonnes « Calculated », « min » et « max » orientent l’utilisateur sur les valeurs de choix de filtres en affichant les valeurs des cas extrêmes du calcul précédemment effectué.

Le nombre de cas étudiés et de cas respectant les filtres sont fournis dans le tableau suivant :

Interface Best Design de la fiche tubes et calandre : Visualisation des résultats du nombre de configurations géométriques possibles et de celles valides parmi ces dernières

Attention de ne pas sélectionner un trop grand nombre de paramètres géométriques variables et/ou un faible pas de variation car le temps de calculs peut devenir excessivement élevé.

EchTherm met environ 0.5 s à 2 s par calcul en mode « Simple Design ». Un plan d’expérience complet, issu de la variation de 5 paramètres géométriques avec 5 pas sur chaque paramètre, abouti ainsi à 3125 cas générés possibles, soit un temps de calcul entre 30 min et 2 h.

Les 10 meilleures configurations géométriques aboutissant aux meilleurs designs calculés, et en accord avec les filtres sélectionnés, sont disponibles dans l’onglet . Les principaux résultats géométriques et thermo-hydrauliques pour ces 10 configurations sont fournis sur cette interface.

Sinon, l’ensemble des résultats sur tous les cas de dimensionnement valables (ce nombre de cas peut être supérieur à 10) sont disponibles (sans tri) sur un fichier Excel mis en forme via un export Excel grâce au bouton suivant .

À propos GRETh

Le GRETh, fédère un collectif d'industriels dont l'activité est la fabrication d’échangeurs et d’équipements thermiques, les études d’ingénieries d’installations thermiques pour l’industrie et le bâtiment ainsi que l’exploitation de sites de production et de conversion d’énergie.