Thermodynamique de lingenieur. Thermodynamique par Olivier Cleynen 2019-03-04

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Thermodynamique par Olivier Cleynen

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Vers le milieu du siècle, les thermomètres à liquide s'avérèrent beaucoup plus ables et aussi plus faciles d'emploi. À droite : à l'inverse, lorsqu'il est détendu dans une soupape, l'oxygène liquide reçoit de la chaleur de l'atmosphère comme le mettent en évidence la condensation et le gel de l'eau atmosphérique sur les tuyaux ; et pourtant sa température chute. Il suXt de laisser lair sortir de la turbine avec une pression rsiduelle et de le laisser se dtendre dans une tuyre. La conception des tuyres est bien plus complexe que ces quelques paragraphes ne laissent paratre, surtout lorsque les composants avoisinent la vitesse du son. Sur un diagramme pression-volume et de façon qualitative, l'évolution peut. Les premiers moteurs pompent l'eau hors des mines, mais la thermodyna- mique ­ qui ne porte alors même pas son nom ­ ne sait pas expliquer comment.

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Elle permet au gaz de se dtendre, et ainsi dacclrer vers larrire du moteur. Même si ce vocabulaire nous place probablement au rang des scienti ques inso- ciables relégués en bout de table, il nous équipe mieux pour a ronter la suite, car au chapitre prochain, nous attaquons les systèmes fermés. La gomtrie de la tuyre est ainsi modiVe en fonction de lactivation ou non de la postcombustion. La forme de la courbe, c'est-à-dire la relation entre fur et à mesure de l'évolution, déterminera la quantité uides se comportent-ils lorsqu'on les comprime ­ autrement dit, par quel type de « ressort » peut-on les modéliser? Combien de temps le réchau age prendra-t-il si 1. On peut aussi écrire que « l'énergie de l'univers est constante », ou « l'énergie se conserve toujours » : elle ne peut être ni créée ni détruite.

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Olivier Cleynen a construit et rédigé l'ouvrage, et réalisé la plupart des schémas. Vous pouvez envoyer vos retours d'expérience, signalements, critiques et autres, toujours très vivement appréciés, à l'adresse olivier. Dune part, dans un moteur rel, la dtente de lair de refroidissement dans la turbine fournit moins dnergie que nen consomme sa compression dans le compresseur dans le cas limite o la compression et la dtente sont isentropiques, ce cot nergtique est nul. Pour l'ingénieur, elle représente surtout la capacité d'un corps à en mettre un autre en mouvement, de façon uni ée par exemple avec un déplacement ou désordonnée par exemple 1. Les turbomachines sont souvent appeles turbines gaz , surtout en anglais ogas turbine dnote toute la machine et non seulement son composant. EnVn,pour permettre datteindre de hautes puissances etdaugmenter la ractivit dans tout le domaine devol, un systme de refroidissement intermdiaireet une rchauUe sont mis en place.

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Le refroidissement des turbines est un axe majeur de recherche en propulsion aronautique. Le simple turbopropulseur, incapabledatteindre les hautes pressions et tempraturesdun Diesel, est quant lui trop ineXcace. À l'échelle macroscopique, la forme la plus palpable est l'énergie potentielle d'altitude, issue du travail fourni à une masse contre son poids c'est ce travail qui rend plus fatigante la montée d'escaliers que leur descente, par exemple. La temprature tet peut ainsi dpasser la temprature de fonte des pales de plus dune centaine de degrs Celsius! Lair prlev est conduit au travers des pales mmes de la turbine et permet dlever la temprature de combustion sans risquer dendommager les pales. Larbre moteur fournit alors du travail, que lon peut utiliser pour alimenter une hlice propulsive cas dun turbopropulseur ou un lment externe comme une gnratrice ou une pompe cas dun turbomoteur , comme montr en Vgure 10.

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La puissance fournie par le moteur provient exclusivementde la turbine libre. Cette quation nest valide quen ngligeant le changement des proprits de lair pendant la combustion, ainsi que les irrversibilits lors de la compression et de la dtente. Les 10 m s1 en A nont ici aucune inWuencesigniVcative. La turbine photographie,une Siemens sgt5, peut accepter un dbit dair et deau de 690 kg s1. La photo montre une dcoupe dunRolls-Royce Turbomeca Adour, petit turboracteur conu en 1968. Larbre de laturbomachine et celui du Diesel alimentent cha-cun une hlice. La chaleur est un transfert chaotique, associé à un potentiel, la température.

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Un peu d'histoire : le cheval-vapeur. Combien faut-il d'énergie pour chau er l'eau La pression de l'eau est identique en 1 et 2, et le pro l de à 40 C a n de remplir une baignoire de 270 L? Un turbofan est parfois nomm turboracteur souYante ou double Wux. La pression de sortie est de 40 bar. Lairatmosphrique entre par la droite et est comprim en tant projet vers lextrieurpar le compresseur centrifuge ; il est ensuite insr dans le moteur. Bien sûr, ces deux méthodes sont équivalentes : elles vont produire les mêmes ré- sultats. Le principal dfaut des moteurs gaz est que la combustion interne impose une qualit de carburant leve.

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Lapport de chaleur isotherme demande quant lui une combustion progressive. Une machine dont la marge de travail est grande perd moins de son eXcacit lorsquelle fonctionne hors de sa plage de rgime optimale : elle est donc plus souple dutilisation. Ceci est particulirement intressant lorsque le moteur doit participer la porte de son propre poids. Un peu d'histoire : le moteur compound. Ainsi, le moteur Diesel ori- ginel est par nature dot dune injection directe de carburant, indpendante de ladmission dair.

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De leur côté, l'Écossais James Clerk Maxwell et l'Autrichien Ludwig Boltzmann réconcilieront la thermodynamique avec la physique des par- ticules en travaillant au niveau microscopique. En écrasant un ressort, on y stocke de l'énergie potentielle de compression, que l'on récupère en le détendant. Un aronef plus lourd doit fournir une plus grande portance, ce qui augmente la trane. Un peu d'histoire : le nombre de temps moteur. En traant le cycle sur un diagramme pression-volume Vgure 7. Avec une conVguration axes multiples, on divise compresseur et turbine en deux parties chacun, formant ainsi deux systmes co-axiaux incorpors lun dans lautre Vgure 10.

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Cet aide-mémoire constitue un outil de travail indispensable pour les ingénieurs et techniciens en énergétique et en mécanique, ainsi que les étudiants et élèves-ingénieurs du domaine. Plus on apporte de chaleur pendant la compression, plus la Inversement, si l'on prélève de la chaleur pendant la compression, la pression augmente moins rapidement et on obtient une courbe plus proche de l'horizontale même maintenir la pression constante, comme nous le verrons aux chapitres 4 et 5. Cet aide-mémoire regroupe de façon synthétique et illustrée toutes les définitions, équations et méthodes à connaître pour appliquer les concepts de la thermodynamique : principes de la thermodynamique et relations fondamentales ; propriétés des corps purs et des mélanges ; cycles thermodynamiques cycles de Rankine, Carnot, Hirn, Ericsson, Stirling, Joule, Beau de Rochas, Diesel, Linde, Claude, cogénération ; combustion. . Lcoulement des Wuides au sein du compresseur des moteurs modernes est diXcile modliser 1; ce qui en fait un composant lourd, volumineux et dont la gomtrie est complexe V- gures 10.

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Peut-on Les premières ré exions sur la nature de la matière et celle du feu datent de la Grèce antique et donnent déjà naissance à la théorie atomique. Quelle sera l'énergie fournie lorsque La puissance spéci que parfois également appelée puissance massique , a les mêmes unités que l'énergie spéci que : on divise des watts joules par seconde par un débit de masse kilos par seconde. L'énergie cinétique Le passage du vélo dans l'air provoque des agitations observables à l'échelle macroscopique que nous nommons turbulence. Ce phnomne, malgr tout, na pas dinWuence sur la pousse g-nre par la tuyre, car sa bouche de sortie est en ralit pressionsuprieure la pression atmosphrique. Tous ces thermomètres restent toutefois d'un emploi délicat qui limite considé- rablement leur di usion.

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