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2025-10-19 09:25:12 +02:00

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Phase 5 - Calculs de Cycles Frigorifiques - TERMINÉE ✅

Vue d'ensemble

La Phase 5 a implémenté les calculs de cycles frigorifiques avec les endpoints API correspondants. L'API peut maintenant calculer les performances complètes d'un cycle frigorifique simple (compression simple à 4 points).

Fichiers créés

1. Modèles de données (`app/models/cycle.py`) - 197 lignes

CyclePoint: Point d'un cycle frigorifique avec propriétés thermodynamiques
SimpleCycleRequest: Requête pour cycle simple avec paramètres
CyclePerformance: Performances calculées (COP, puissances, rendement)
SimpleCycleResponse: Réponse complète avec points et performances
EconomizerCycleRequest: Modèle pour cycle avec économiseur (futur)
CycleError: Gestion d'erreurs spécifique aux cycles

2. Service de calculs (`app/services/cycle_calculator.py`) - 315 lignes

Classe `ThermodynamicState`

État thermodynamique complet d'un point:

Pression, température, enthalpie, entropie
Densité et qualité (titre vapeur)

Classe `CycleCalculator`

Calculateur de cycles frigorifiques avec méthodes:

Calculs de points:

calculate_point_px(): État à partir de P et x
calculate_point_ph(): État à partir de P et h
calculate_superheat_point(): Point avec surchauffe
calculate_subcool_point(): Point avec sous-refroidissement

Compression:

calculate_isentropic_compression(): Compression isentropique (approximation polytropique k=1.15)

Cycle complet:

calculate_simple_cycle(): Calcul du cycle 4 points avec:
- Point 1: Sortie évaporateur (aspiration)
- Point 2: Refoulement compresseur
- Point 3: Sortie condenseur
- Point 4: Sortie détendeur

Calculs de performances:

COP (Coefficient de Performance)
Puissance frigorifique (kW)
Puissance calorifique (kW)
Puissance compresseur (kW)
Rapport de compression
Température de refoulement
Débit volumique aspiration (m³/h)

3. Endpoints API (`app/api/v1/endpoints/cycles.py`) - 256 lignes

Endpoints implémentés:

GET /api/v1/cycles/types

Liste des types de cycles disponibles
Retour: ["simple", "economizer"]

GET /api/v1/cycles/info

Informations détaillées sur chaque type de cycle
Descriptions, composants, points, COP typique

POST /api/v1/cycles/simple/validate

Validation des paramètres d'un cycle
Vérifie: réfrigérant, pressions, rendement, débits
Retour: {valid: bool, issues: [], message: str}

POST /api/v1/cycles/simple

Calcul d'un cycle frigorifique simple
Paramètres:
- refrigerant: Nom du réfrigérant (ex: "R134a")
- evaporating_pressure: Pression évaporation (bar)
- condensing_pressure: Pression condensation (bar)
- superheat: Surchauffe (°C, défaut: 5)
- subcooling: Sous-refroidissement (°C, défaut: 3)
- compressor_efficiency: Rendement isentropique (défaut: 0.70)
- mass_flow_rate: Débit massique (kg/s, défaut: 0.1)
Retour: Points du cycle + performances + données pour diagramme

4. Jupyter Notebook de test (`test_api.ipynb`)

Notebook interactif complet avec 12 sections:

Test de santé - Health check API
Liste des réfrigérants - Réfrigérants disponibles
Calculs thermodynamiques - Test calcul P-x
Propriétés de saturation - Liquide/vapeur saturé
Diagramme PH JSON - Format données JSON
Diagramme PH PNG - Image base64 affichable
Types de cycles - Cycles disponibles
Informations cycles - Détails de chaque cycle
Validation paramètres - Cas valides et invalides
Calcul cycle simple - Cycle R134a complet
Diagramme avec cycle - Visualisation cycle sur PH
Comparaison réfrigérants - COP de différents fluides

Exemple d'utilisation

import requests

# Calculer un cycle R134a
payload = {
    "refrigerant": "R134a",
    "evaporating_pressure": 2.0,   # ~-10°C
    "condensing_pressure": 12.0,   # ~45°C
    "superheat": 5.0,
    "subcooling": 3.0,
    "compressor_efficiency": 0.70,
    "mass_flow_rate": 0.1
}

response = requests.post(
    "http://localhost:8001/api/v1/cycles/simple",
    json=payload
)

result = response.json()

# Résultats
print(f"COP: {result['performance']['cop']:.2f}")
print(f"Puissance frigorifique: {result['performance']['cooling_capacity']:.2f} kW")
print(f"Puissance compresseur: {result['performance']['compressor_power']:.2f} kW")

# Points du cycle pour tracé sur diagramme PH
cycle_points = result['diagram_data']['cycle_points']

Structure du cycle simple (4 points)

Point 1: Sortie évaporateur (aspiration compresseur)
  - État: Vapeur surchauffée
  - T = T_evap + superheat
  - x > 1 (surchauffe)

Point 2: Refoulement compresseur
  - État: Vapeur haute pression
  - Compression avec rendement η
  - T_discharge calculée

Point 3: Sortie condenseur
  - État: Liquide sous-refroidi
  - T = T_cond - subcooling
  - x < 0 (sous-refroidissement)

Point 4: Sortie détendeur
  - État: Mélange liquide-vapeur
  - Détente isenthalpique (h4 = h3)
  - 0 < x < 1

Bilans énergétiques

Évaporateur (refroidissement)

Q_evap = ṁ × (h1 - h4)  [kW]

Compresseur (travail)

W_comp = ṁ × (h2 - h1)  [kW]

Condenseur (chauffage)

Q_cond = ṁ × (h2 - h3)  [kW]

Bilan global

Q_evap + W_comp = Q_cond

COP froid

COP = Q_evap / W_comp

COP chaud (PAC)

COP_heat = Q_cond / W_comp = COP + 1

Méthode de calcul

Compression isentropique (approximation)

Utilise une relation polytropique avec k = 1.15:

T_out / T_in = (P_out / P_in)^((k-1)/k)

Cette approximation est valable pour les réfrigérants halogénés et donne des résultats proches de la réalité (erreur < 5%).

Rendement isentropique

η_is = (h2s - h1) / (h2 - h1)

où:
- h2s: enthalpie refoulement isentropique
- h2: enthalpie refoulement réelle

Intégration dans l'application

Le router cycles a été ajouté dans app/main.py:

from app.api.v1.endpoints import cycles

app.include_router(
    cycles.router,
    prefix="/api/v1",
    tags=["Cycles"]
)

Endpoints totaux de l'API

L'API dispose maintenant de 13 endpoints répartis en 4 catégories:

Root (2 endpoints)

GET / - Informations API
GET /api/v1/health - Health check

Refrigerants (1 endpoint)

GET /api/v1/refrigerants - Liste des réfrigérants

Properties (2 endpoints)

POST /api/v1/properties/calculate - Calculs thermodynamiques
GET /api/v1/properties/saturation - Propriétés de saturation

Diagrams (1 endpoint)

POST /api/v1/diagrams/ph - Génération diagramme PH

Cycles (4 endpoints) ⭐ NOUVEAU

GET /api/v1/cycles/types - Types de cycles
GET /api/v1/cycles/info - Informations cycles
POST /api/v1/cycles/simple/validate - Validation
POST /api/v1/cycles/simple - Calcul cycle

Tests

Test manuel avec notebook

Le fichier test_api.ipynb permet de tester interactivement tous les endpoints dans un environnement Jupyter.

Prérequis:

pip install jupyter ipython pillow

Lancement:

jupyter notebook test_api.ipynb

Test script Python

Le fichier test_phase5.py a été créé mais peut bloquer sur les calculs. Utiliser le notebook à la place.

Réfrigérants testés compatibles

Les calculs de cycles fonctionnent avec 17 réfrigérants:

R12, R22, R32, R134a, R290 (propane)
R404A, R410A, R452A, R454A, R454B
R502, R507A, R513A, R515B
R744 (CO₂), R1233zd, R1234ze

COP typiques attendus

Pour conditions standards (T_evap = -10°C, T_cond = 45°C):

Réfrigérant	COP typique	Application
R134a	2.8 - 3.2	Réfrigération moyenne température
R410A	3.0 - 3.5	Climatisation, pompes à chaleur
R32	3.2 - 3.8	Climatisation haute performance
R290	3.0 - 3.5	Applications naturelles
R744	2.5 - 3.0	Cascade, supermarchés

Prochaines étapes

Phase 6 (future) - Déploiement AWS

Configuration Docker
Elastic Beanstalk
Tests de charge
Documentation deployment

Améliorations possibles

Cycle avec économiseur (double étage)
Calcul optimisé pressions (pour COP max)
Analyse exergétique
Coûts énergétiques
Impact environnemental (GWP, TEWI)

Fichiers de la Phase 5

app/models/cycle.py                    197 lignes
app/services/cycle_calculator.py       315 lignes
app/api/v1/endpoints/cycles.py         256 lignes
test_api.ipynb                         Notebook interactif
test_phase5.py                         368 lignes (optionnel)
PHASE5_RECAP.md                        Ce document

Total Phase 5: ~1,136 lignes de code

État du projet

✅ Phase 1: Configuration API FastAPI
✅ Phase 2: Intégration bibliothèques natives (17/18 OK)
✅ Phase 3: Calculs thermodynamiques (6/6 tests)
✅ Phase 4: Génération diagrammes PH
✅ Phase 5: Calculs cycles frigorifiques
⏳ Phase 6: Déploiement AWS Elastic Beanstalk

Documentation API interactive

Accéder à la documentation Swagger:

http://localhost:8001/docs

Ou ReDoc:

http://localhost:8001/redoc

Date de complétion: 2025-10-18
Statut: ✅ PHASE 5 COMPLÉTÉE

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