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Cycles thermodynamiques des machines thermiques Eric Goncalv` es da Silva, Jean

Cycles thermodynamiques des machines thermiques Eric Goncalv` es da Silva, Jean-Paul Thibault To cite this version: Eric Goncalv` es da Silva, Jean-Paul Thibault. Cycles thermodynamiques des machines ther- miques. Engineering school. Institut polytechnique de Grenoble, 2008, pp.153. <cel-00556977> HAL Id: cel-00556977 https://cel.archives-ouvertes.fr/cel-00556977 Submitted on 18 Jan 2011 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. GRENOBLE INSTITUT POLYTECHNIQUE CYCLES THERMODYNAMIQUES DES MACHINES THERMIQUES Eric Goncalv` es et Jean-Paul Thibault - octobre 2008 ii Table des mati` eres iii Table des mati` eres I INTRODUCTION 1 I.1 CADRE DU COURS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 I.2 CLASSIFICATION THEORIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 I.3 CLASSIFICATION PRATIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 I.3.1 Moteur ` a capsulisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 I.3.2 Turbine ` a gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 I.3.3 Machine statique ` a combustion interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 I.3.4 Machine mixte ` a combustion interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 II UN PEU D’HISTOIRE 3 II.1 CHALEUR ET TEMPERATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 II.1.1 La chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 II.1.2 Substance ou mouvement ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 II.2 LES LOIS DES GAZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 II.2.1 La pression atmosph´ erique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 II.2.2 Pression, volume et temp´ erature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 II.3 LA MACHINE A VAPEUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 II.4 LA THERMODYNAMIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 II.4.1 Energie et entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 II.4.2 Th´ eorie cin´ etique des gaz - interpr´ etation statistique . . . . . . . . . . . . 8 IIIRAPPELS DE THERMODYNAMIQUE 11 III.1 GENERALITES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 III.1.1 Notion de syst` eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 III.1.2 Lois d’´ etat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 III.2 LES DEUX PRINCIPES DE LA THERMODYNAMIQUE . . . . . . . . . . . . 12 III.2.1 Premier principe - Principe d’´ equivalence . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 III.2.2 Deuxi` eme principe - Principe de hi´ erarchie . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 III.3 LES FONCTIONS D’ETAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 III.4 BILAN DES MACHINES THERMIQUES DITHERMES . . . . . . . . . . . . . 15 III.4.1 Machine motrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 III.4.2 Machine r´ eceptrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 III.5 ETUDE DE TRANSFORMATIONS REVERSIBLES . . . . . . . . . . . . . . . 15 iv Table des mati` eres III.5.1 Compression ou d´ etente isentropique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 III.5.1.1 Compression avec transvasement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 III.5.1.2 Compression en vase-clos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 III.5.2 Compression isotherme avec transvasement . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 III.5.3 Cycle de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 III.6 ETUDE DE TRANSFORMATIONS IRREVERSIBLES . . . . . . . . . . . . . . 16 III.6.1 Compression adiabatique avec transvasement . . . . . . . . . . . . . . . . 16 III.6.2 D´ etente adiabatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 III.6.3 Transformations polytropiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 III.7 ECOULEMENTS ET SYSTEMES OUVERTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 III.7.1 Ecoulement dans un organe avec ´ echange d’´ energie . . . . . . . . . . . . . 19 III.7.2 Ecoulement dans une conduite sans ´ echange d’´ energie . . . . . . . . . . . 20 III.7.3 Ecoulement avec pompe ou compresseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 III.7.4 Ecoulement avec turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 IV LES TURBINES A GAZ 23 IV.1 GENERALITES - CYCLE REVERSIBLE DE BRAYTON . . . . . . . . . . . . 23 IV.1.1 Le cycle r´ eversible de Brayton . . . . . . . . . uploads/Industriel/ cyclethermomachines-1011.pdf