Raccords (Fittings)

Le module ThermodynamicCycles.Fittings fournit trois raccords de répartition et de mélange de débit, transposés des modèles Modelica Fittings.*. Contrairement aux singularités hydrauliques (coudes, tés, rétrécissements…), ces raccords ne modélisent AUCUNE perte de charge : les ports partagent la même pression (\(p_a = p_b = p_c\)). Il n’y a donc pas de coefficient \(\xi\) ni de loi \(\Delta P\). Les raccords se limitent aux bilans de masse et d’énergie (mélange enthalpique, séparation liquide/vapeur, division de débit).

Chaque raccord expose une classe Object avec une méthode calculate() et alimente un DataFrame pandas .df pour le reporting. Les connecteurs sont des FluidPort reliés par Fluid_connect.

Vue d’ensemble

Classe	Ports	Rôle
`Fittings.Mixer`	2 entrées → 1 sortie	Mélangeur : additionne deux débits et mélange leurs enthalpies.
`Fittings.Splitter`	1 entrée → 2 sorties	Répartiteur : divise un débit selon un ratio, propriétés inchangées.
`Fittings.Separator_Simple`	1 entrée → 2 sorties	Séparateur liquide/vapeur statique : sépare selon le titre d’entrée.

Mixer – mélangeur 2 entrées / 1 sortie

Mélange deux flux (Inlet_a, Inlet_b) en une sortie Outlet, sans perte de charge.

Équations (d’après Fittings.Mixer Modelica) :

\[p_a = p_b = p_c\]

\[F_c = F_a + F_b \qquad\text{(bilan de masse)}\]

\[h_c = \frac{F_a\,h_a + F_b\,h_b}{F_c} \qquad\text{(bilan d'énergie)}\]

La pression de sortie est prise sur Inlet_a (les trois ports sont censés avoir la même pression). Le fluide de sortie est Inlet_a.fluid (ou Inlet_b.fluid à défaut). Cas dégénéré : si \(F_c \le 0\), la sortie est propagée sans flux (Outlet.F = 0). La température T_degC est recalculée à partir de \((P, h)\) de la sortie pour le reporting.

Connecteurs

Attribut	Type	Description
`Inlet_a`	`FluidPort`	Entrée A (port_a)
`Inlet_b`	`FluidPort`	Entrée B (port_b)
`Outlet`	`FluidPort`	Sortie mélangée (port_c)

Paramètres / attributs (issus de __init__)

Attribut	Défaut	Description
`Timestamp`	`None`	Horodatage optionnel pour le reporting.
`T_degC`	`None`	Sortie : température de mélange (°C), calculée.
`df`	`[]`	Sortie : `DataFrame` de résultats (fluid, F_a, F_b, F_c, Ta, Tb, Tc).

Splitter – répartiteur 1 entrée / 2 sorties

Divise le débit d’entrée Inlet en deux sorties selon un Ratio (fraction dirigée vers Outlet_b), sans perte de charge et sans changer les propriétés thermodynamiques.

Équations (d’après Fittings.Splitter Modelica) :

\[F_b = \text{Ratio}\cdot F_a \qquad F_c = (1-\text{Ratio})\cdot F_a\]

\[h_b = h_c = h_a \qquad p_b = p_c = p_a\]

Le Ratio est validé dans \([0,1]\) ; une valeur hors bornes lève une ValueError. Fluide, pression et enthalpie sont propagés identiquement sur les deux sorties.

Connecteurs

Attribut	Type	Description
`Inlet`	`FluidPort`	Entrée (port_a)
`Outlet_b`	`FluidPort`	Sortie 1, fraction `Ratio` du débit (port_b)
`Outlet_c`	`FluidPort`	Sortie 2, fraction `1 - Ratio` (port_c)

Paramètres / attributs (issus de __init__)

Attribut	Défaut	Description
`Timestamp`	`None`	Horodatage optionnel.
`Ratio`	`0.5`	Entrée : fraction du débit dirigée vers `Outlet_b` (0..1).
`F_b`	`None`	Sortie : débit vers `Outlet_b` (kg/s).
`F_c`	`None`	Sortie : débit vers `Outlet_c` (kg/s).
`df`	`[]`	Sortie : `DataFrame` (fluid, F_in, F_b, F_c, Ratio, T_degC).

Separator_Simple – séparateur liquide/vapeur statique

Sépare un flux diphasique d’entrée Inlet en une sortie liquide saturée Outlet_liquid et une sortie vapeur saturée Outlet_vapor, à la pression d’entrée (pas de perte de charge).

Équations (d’après Fittings.Separator_Simple Modelica) :

\[x = \frac{h_{in} - h_{liq}(p)}{h_{vap}(p) - h_{liq}(p)} \quad\text{borné à } [0,1]\]

\[F_{vapeur} = x\,F_{in} \qquad F_{liquide} = (1-x)\,F_{in}\]

\[h_{liquide} = h_{liq}(p)\;(Q{=}0) \qquad h_{vapeur} = h_{vap}(p)\;(Q{=}1)\]

Le titre vapeur \(x\) est calculé à partir de l’enthalpie d’entrée et des enthalpies de saturation (ThermoPropsSI avec Q=0 et Q=1), puis écrêté dans \([0,1]\). Les deux sorties portent respectivement le liquide saturé et la vapeur saturée à la pression d’entrée. T_sat_degC est la température de saturation à cette pression.

Connecteurs

Attribut	Type	Description
`Inlet`	`FluidPort`	Entrée diphasique (port_a)
`Outlet_liquid`	`FluidPort`	Liquide saturé (port_b)
`Outlet_vapor`	`FluidPort`	Vapeur saturée (port_c)

Paramètres / attributs (issus de __init__)

Attribut	Défaut	Description
`Timestamp`	`None`	Horodatage optionnel.
`x`	`None`	Sortie : titre vapeur à l’entrée (0..1).
`h_liquid`	`None`	Sortie : enthalpie du liquide saturé (J/kg).
`h_vapor`	`None`	Sortie : enthalpie de la vapeur saturée (J/kg).
`T_sat_degC`	`None`	Sortie : température de saturation (°C).
`df`	`[]`	Sortie : `DataFrame` (fluid, F_in, x_in, F_liquid, F_vapor, Tsat, P_bar).

Exemple (mélangeur)

from ThermodynamicCycles.Source import Source
from ThermodynamicCycles.Fittings import Mixer
from ThermodynamicCycles.Connect import Fluid_connect

# Deux sources d'eau à la même pression
src_a = Source.Object(); src_a.fluid = "water"; src_a.Ti_degC = 80
src_a.Pi_bar = 3.0; src_a.F = 2.0; src_a.calculate()

src_b = Source.Object(); src_b.fluid = "water"; src_b.Ti_degC = 20
src_b.Pi_bar = 3.0; src_b.F = 1.0; src_b.calculate()

mix = Mixer.Object()
Fluid_connect(mix.Inlet_a, src_a.Outlet)
Fluid_connect(mix.Inlet_b, src_b.Outlet)
mix.calculate()

print("F_c = %.2f kg/s" % mix.Outlet.F)   # 3.00
print("T_c = %.1f °C"  % mix.T_degC)       # ~60 °C (mélange 2:1)

Exemple (répartiteur)

from ThermodynamicCycles.Source import Source
from ThermodynamicCycles.Fittings import Splitter
from ThermodynamicCycles.Connect import Fluid_connect

src = Source.Object(); src.fluid = "water"; src.Ti_degC = 15
src.Pi_bar = 3.0; src.F = 4.0; src.calculate()

split = Splitter.Object()
split.Ratio = 0.25                 # 25 % vers Outlet_b
Fluid_connect(split.Inlet, src.Outlet)
split.calculate()

print("F_b = %.2f kg/s" % split.F_b)   # 1.00
print("F_c = %.2f kg/s" % split.F_c)   # 3.00