Adrien Barthélémy^1, ⋆, Benjamin Rémy², Vincent Schick², Thierry Mazet³, Gaëtan Bergin³, Célien Zacharie^3
⋆ : adrien.barthelemy@univ-lorraine.fr
¹ Université de Lorraine
² LEMTA
³ Fives Cryo
Mots clés : Techniques inverses, identification de modèles, métrologie thermique, échangeur en aluminium à plaques et ondes brasées, modélisation et simulation numérique
Résumé :

Lors de la fabrication industrielle d’échangeurs de chaleur en aluminium à plaques et ondes brasées, l’étape du brasage permet la liaison définitive des plaques et des ondes entre elles et doit assurer la tenue mécanique du futur échangeur. Le brasage s’opère dans un four sous vide où les échanges thermiques s’effectuent par rayonnement entre la charge (le futur échangeur) et des dizaines de panneaux radiants l’entourant ainsi que par conduction au sein de la charge. La consigne de chauffe est assurée par un système de régulation exploitant les mesures de dizaines de thermocouples disposés au cœur et en surface de la charge.

Cependant, un dysfonctionnement métrologique (thermocouple mal étalonné, en panne, etc…) peut perturber la chauffe, générant des gradients thermiques mécaniquement dangereux dans la charge ou empêchant un brasage complet. Dès lors, l’échangeur peut être rebuté car incapable de passer les contrôles de qualité, ce qui constitue un préjudice notable pour l’industriel.

Une solution prometteuse pour parer à ce problème est l’utilisation en temps réel de modèles thermiques paramétriques ARX. Rapides à estimer et contournant l’estimation ardue des caractéristiques thermiques du système complexe qu’est la charge, des modèles ARX dits « globaux » ont déjà été identifiés avec succès au cours d’une thèse : ils offrent la connaissance de la moyenne des mesures des thermocouples sur toute la surface de la charge.

L’étude proposée s’attaque à déterminer des modèles plus « locaux », permettant l’accès à la mesure d’un seul thermocouple. En effet, il s’agit de l’information la plus intéressante industriellement afin de remplacer les données d’un thermocouple défaillant par les valeurs synthétiques d’un ARX durant l’étape du brasage.

Suivant ce principe d’étude « localisée » dans la charge, des modèles FlexPDE monodimensionnels du système four + charge sont construits et simulés. Les données issues des simulations (sur les puissances de chauffe et les températures) permettent d’élaborer un grand nombre possible de modèles ARX reliant les différentes grandeurs entre elles, selon un processus « aveugle » se passant de toute considération physique restrictive. Les paramètres de ces modèles sont estimés. Par la suite, seuls quelques modèles ARX 1D sont sélectionnés selon des critères physiques et pratiques d’une part et selon un critère mathématique basé sur celui d’Akaike d’autre part. Les modèles ARX finaux sont alors éprouvés sur des données expérimentales fournies par l’industriel afin de valider ou d’infirmer leur performance. Ces ARX monodimensionnels, fournissant une information locale et étant déjà pertinents dans certaines zones de la charge tridimensionnelle, pourront dans une future étude être extrapolés à des cas 2D puis 3D.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2022-020

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