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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Ibn Khaldoun – Tiaret Faculté des Sciences et des Sciences de l’Ingénieur Département de Génie Mécanique Laboratoire de Recherche des Technologies Industrielles MÉMOIRE pour obtenir le Diplôme de Magister Spécialité : Génie Mécanique Option : Conversion d’Énergie Thème Élaboration d'un Programme pour le Calcul des Paramètres Thermodynamiques et Énergétiques des Nouveaux Fluides Frigorigènes et Application au Calcul des Cycles Frigorifiques Présenté par : Monsieur Farid BELFODIL Soutenu le : … / … / 2007 Devant le jury : MM. HAOUZI Ahmed Professeur Université de Tiaret Président BELARBI Habib Professeur Université de Tiaret Examinateur ABED Belkacem M. de Conférences Université de Tiaret Examinateur BOUADJELANE Mohamed Chargé de Cours Université de Mostaganem Examinateur ASNOUN Ahmed M. de Conférences Université de Tiaret Rapporteur Année universitaire 2006 – 2007 REMERCIEMENTS Le travail présenté dans ce mémoire a été effectué au Laboratoire de Recherche des Technologies Industrielles de l'Université de Tiaret, dirigé par Monsieur K. HADDOUCHE, Maître de Conférences à l'Université de Tiaret, je tiens tout d'abord à lui exprimer ma profonde gratitude, qui depuis l'ouverture du Magister était présent à me soutenir. Je le remercie profondément pour sa disponibilité et pour ses conseils et ses encouragements. Je tiens à remercier vivement Monsieur A. ASNOUN, Maître de Conférences à l'Université de Tiaret, de m'avoir proposé ce thème, encadré et conseillé tout au long de ce travail. Mes remerciements s'adressent aussi à Monsieur A. HAOUZI, Professeur à l'Université de Tiaret, pour l'honneur qu'il me fait de présider le jury. Je suis particulièrement touché par l'accord de Monsieur H. BELARBI, Professeur à l'Université de Tiaret, d'examiner mon travail, je lui exprime toute ma gratitude. Je remercie Messieurs B. ABED et M. BOUADJLANE, respectivement Maître de Conférences à l'Université de Tiaret et Chargé de Cours à l'Université de Mostaganem, d'avoir acceptés d'examiner le présent travail. Encore, je remercie Messieurs K. HADDOUCHE et N. SAD CHEMLOUL, Chargé de Cours à l'Université de Tiaret, de l'honneur qu'ils m'ont fait d'être parmi nous au cours de la soutenance. J'exprime mes sincères remerciements à l'ensemble du personnel du département de Génie Mécanique, et aux enseignants qui ont assuré notre formation de Post-graduation. Je remercie mes amis de ce magister, avec lesquels j'ai passé des moments inoubliables au cours de l'année théorique et pendant la réalisation de ce travail, ils m'ont manifesté leur soutien et m'ont toujours encouragé à aller au devant. Un clin d'œil chaleureux, exprimant de la gratitude, de l'estime et de l'amitié à K. MOSTEFA, Magister en Génie Mécanique de l'Université de Tiaret. Je te remercie pour ton aide précieuse et ton soutien le long de la réalisation de ce mémoire. Je ne saurais terminer cette énumération de remerciements sans y associer toute personne du département de Génie Mécanique, en particulier ou de l'université de Tiaret, en général ou tout ami ou proche pour son encouragement ou pour quelconque contribution qui m'a apportée. I DÉDICACES À mes chers parents; À mes sœurs et frères; À mes nièces et neveux; À mes amis et collègues; Le présent travail est particulièrement dédié à la mémoire de ma grand-mère et de ma nièce Fatima. II Table des Matières Remerciements I Dédicaces II Table des matières III Nomenclature VI Résumé en langues arabe, française et anglaise VIII Introduction générale 01 Chapitre 1 Choix des fluides frigorigènes 1. Introduction 04 2. Critères de choix des fluides frigorigènes 04 2.1 L’impact environnemental 07 2.2 L’impact énergétique 09 2.3 La sécurité d’usage 13 2.4 Les contraintes techniques 15 2.5 Le coût 15 3. Domaines d’utilisation des fluides frigorigènes 15 3.1 Quelques fluides frigorigènes 15 3.2 Les choix actuel des constructeurs 17 3.3 Les tendances futures 20 4. Conclusion 22 Chapitre 2 Changement de phases d’un corps pur 1. Introduction 25 2. Principe de fonctionnement d’une installation frigorifique 25 3. Transitions de phase 26 3.1 Diagramme p-T 26 3.2 Equilibre entre deux phases 27 3.3 Construction de Maxwell 28 3.4 Vaporisation d’un liquide et liquéfaction d’un gaz 29 3.5 Changement de phase à pression constante 30 3.6 Le diagramme p-v de Clapeyron 32 4. Etude de la vapeur humide 33 4.1 Valeur massique d’une grandeur extensive de la vapeur humide 34 4.2 Chaleur latente de vaporisation 36 5. Potentiels thermodynamiques 38 5.1 Relations de Maxwell 38 5.2 Relations de Clapeyron 39 5.3 Calcul de l’énergie interne 39 5.4 Calcul de l’enthalpie 41 5.5 Calcul de l’entropie explicite en volume massique 42 5.6 Calcul de l’entropie explicite en pression 42 III 6. Conclusion 43 Chapitre 3 La modélisation des propriétés d’état thermodynamiques des fluides réels 1. Généralités 45 2. L’équation d’état en phase vapeur 48 2.1 L’équation de Van Der Waals 48 2.2 Corrélations exprimant le facteur de compressibilité 51 2.3 Equations d'état a deux paramètres 52 2.4 L'équation du viriel et les potentiels d'interaction associes 56 2.5 Equations semi-empiriques du type viriel 57 3. Le calcul de la pression de vapeur saturante 65 4. Le calcul de la densité de liquide saturant 66 5. Le calcul de la capacité calorifique à l’état de gaz idéal 68 5.1 Capacité calorifique du gaz parfait 68 5.2 Capacité calorifique du gaz idéal 70 6. Le calcul des principales grandeurs thermodynamiques 71 6.1 En phase vapeur 71 6.2 En double phase liquide-vapeur 75 7. Conclusion 78 Chapitre 4 Calcul des propriétés thermodynamiques du R134a 1. Généralités, choix des modèles 80 2. Les différentes corrélations adoptées 81 2.1 Equation d’état de phase vapeur 81 2.2 Pression de vapeur saturante 82 2.3 Capacité calorifique du gaz idéal 82 2.4 Densité du liquide saturant 83 2.5 Densité de la vapeur saturante 83 2.6 Expressions des grandeurs : h, s, Cp, Cv et Lv 84 2.7 Expression de la viscosité 89 2.8 Expression de la conductivité thermique 89 2.9 Expression de la tension superficielle 90 2.10 Expression de la vitesse du son de la vapeur saturée 90 3. Procédures et fonctions implantées dans le programme 90 3.1 Procédures et fonctions applicables à la phase gazeuse 91 3.2 Procédures et fonctions applicables à l’état sature 92 3.3 Fonctions applicables à l’état diphasique liquide-vapeur 92 4. Aperçu sur les méthodes numériques d’inversion 94 4.1 Méthodes d’inversions classiques 94 4.2 Méthode d’inversion originale 95 5. Conclusion 99 IV Chapitre 5 : Résultats et interprétations 1. Introduction 101 2. Sur la courbe de saturation 101 2.1 Par incréments de la température 101 2.2 Par incrément de la pression 107 3. Dans la zone de la vapeur surchauffée 108 4. Conclusion 112 Conclusion générale et perspectives 114 Bibliographie 116 Liste des Tableaux et Figures 119 Annexes Annexe A : Corrélations et leurs constantes du R134a d’après Ekroth [28] et Klea [41] 123 Annexe B : Organigramme du calcul des propriétés thermodynamiques du R134a 128 Annexe C : Table de saturation du R134a 130 Annexe D : Table de la vapeur surchauffée du R134a 137 V Nomenclature C Capacité calorifique massique (kj/kg.K) h Enthalpie massique (kj/kg) ∆h Variation d’enthalpie massique (kj/kg) m Masse (kg) M Masse molaire (kg/mol) p Pression de vapeur saturante (bar) r Constante massique des gaz (kj/kg.K) s Entropie massique (kj/kg.K) ∆s Variation d’entropie massique (kj/kg.K) T Température (K) u Energie interne massique (kj/kg) g Enthalpie libre massique (kj/kg) f Energie libre massique (kj/kg) v Volume massique (m3/kg) V Volume (m3) W Travail (kj) x Titre de vapeur (-) Z Facteur de compressibilité : pV RT (mol) Q Chaleur échangée (kj) Lv Chaleur latente de vaporisation (kj) log Logarithme décimal ln Logarithme népérien Egal par définition Lettres grecques α Coefficient de dilatation isobare : ( ) p v T v ∂ ∂ (-) β Coefficient de compressibilité isotherme : ( )T p T ρ ∂ ∂ (-) δ Rapport : p v C C (-) λ Conductivité thermique (W/m.K) η Viscosité thermique (cP) VI φ Potentiel d’interaction (-) ρ Masse volumique (kg/m3) ω Facteur acentrique (-) µ Vitesse du son (m/s) σ Tension superficielle (mN/m) Indices c Etat critique thermodynamique r Grandeur réduite réf Relatif à un état de référence sat Relatif à un état de saturation v Vapeur liq Liquide gaz Gaz rev Réversible eb Ebullition Exposants ’ Liquide saturé ’’ Vapeur saturée 0 Relatif à l’état idéal VII ﻣﻠﺨﺺ : ﺑﻌﺪ إﻟﻘﺎء ﻧﻈﺮة ﻋﻠﻰ ﻣﻴﺎدﻳﻦ اﺳﺘﻌﻤﺎل و ﻣﻌﺎﻳﻴﺮ اﺧﺘﻴﺎر ﺳﻮاﺋﻞ اﻟﺘﺒﺮﻳﺪ و آﺬا ﻣﺒﺪأ ﺁﻻت اﻟﺘﺒﺮﻳﺪ ﺑ ﻀﻐﻂ رﺎﺒﺨ اﻟ ، ﻧﺴﺘﺤѧﻀ ﺮ اﻟﻤﻌѧﺎدﻻت اﻻ و رﺗﺒﺎﻃﺎت اﻷآﺜﺮ اﺳﺘﻌﻤﺎﻻ ﻓﻲ اﻟﻤﺠѧﺎل اﻟﺤѧﺮاري و ﻧѧﺬآﺮ ﺑﺎﻟﻌﻼﻗѧﺎت اﻟﻜﻼﺳѧﻴﻜﻴﺔ ﻓѧﻲ ﻣﻴѧﺪان اﻟﺤﺮآѧﺔ اﻟﺤﺮارﻳѧﺔ و اﻟﺘѧﻲ ﻣѧﻦ ﺑѧﻴﻦ ﻣѧﺎ ﺗѧﺴﻤﺢ، ﺣﺴﺎب در ﺟﺔ اﻟ ﻘﺼﻮر اﻟﺤﺮاري ، اﻟﻤﺤﺘﻮى اﻟﺤﺮاري ﻓﻲ وﺣﺪة اﻟﻜﺘﻠﺔ و ﻃﺎﻗﺔ اﻟ ﺤﺮارة اﻟﻜﺘﻠﻴﺔ اﻟﺨﺎﺻﺔ ﻟﻜﻲ ﻧﺒﺮﻣﺞ هﺬﻩ اﻟﻨﻤѧﺎذج ﻓѧﻲ اﻟﺤﺎﺳѧﻮب ﺑﺎﺳﺘﻌﻤﺎل ﻃﺮق رﻗﻤﻴﺔ ﻣﻦ ﺑﻴﻨﻬﺎ ﻃﺮﻳﻘﺔ اﻟ ﻘﺎﻃﻌﺔ . اﺳﺘﺤﻀﺎر وﺳﺎﺋﻞ رﻳﺎﺿﻴﺎﺗ ﻴﺔ و رﻗﻤﻴﺔ ﺳﻤﺤﻮا ﻟﻨﺎ ﺗﺼﻮر ﺑﺮﻧﺎﻣﺞ إﻋﻼم ﺁﻟﻲ ﺑﺎﻟﻔﻮرﺗﺮان ﻳﺤѧﺴﺐ ﺧѧﺼﺎﺋﺺ ﻋﻠѧﻢ اﻟﺤﺮآѧﺔ اﻟﺤﺮارﻳѧﺔ ﻟﺴﻮاﺋﻞ اﻟﺘﺒﺮﻳﺪ اﻷآﺜﺮ اﺳﺘﻌﻤﺎﻻ أﻻ و هﻮ R134a اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﻴﺔ : اﻟﺘﺮﻗﻴﻢ اﻟﺤﺮاري - ﺳﻮاﺋﻞ ﺣﻘﻴﻘ ﻴﺔ- ﺗﻐﻴﺮ اﻟﺤﺎﻟﺔ- ﺷﺒﻜ ﺔ ﺗﺒﺮﻳﺪ - ﺗﺪﻓﻖ ﺳﺎﺋﻞ-ﺑﺨﺎر . : Résumé Après avoir passé en revue les domaines d’utilisation et les critères de choix des fluides frigorigènes, uploads/Litterature/ choix-d-flui-frg-et-quelq-equato.pdf