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Université Mohamed Khider de Biskra FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIE DEPARTE

Université Mohamed Khider de Biskra FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIE DEPARTEMENT : GENIE MECANIQUE Domaine Spécialité Réf. : Le : REALISATION ET ETUDE EXPERIMENTALE D’UNE TURBINE TESLA Titre Mhamdi Djmoui Titre Djebloun Youcef Titre Mahboub Chawki Année universitaire : MÉMOIRE DE MASTER Université Mohamed Khider de Biskra FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIE DEPARTEMENT : GENIE MECANIQUE Domaine : Sciences et Techniques Filière : Génie Mécanique Spécialité : Construction Mécanique Réf. : Entrez la référence du document Présenté et soutenu par : DABAH WAFA Le : mercredi 23 septembre 2020 REALISATION ET ETUDE EXPERIMENTALE D’UNE TURBINE TESLA Jury : Grade Université de Biskra Grade Université de Biskra Grade Université de Biskra Année universitaire : 2019 - 2020 MÉMOIRE DE MASTER REALISATION ET ETUDE EXPERIMENTALE Président Examinateur Rapporteur DEDICACES A mon bien aimé Papa, mon héros, à toi je dédie mon travail A ma mère, A mes proches A tous mes Amis. REMERCIMENT Je tiens à remercier Dieu le tout puissant de m’avoir donné le courage, la force et la volonté pour réaliser ce travail. Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à mon directeur de mémoire, monsieur le professeur estimé Mahboub Chawki , Je le remercie de m’avoir encadré, orienté, aidé et conseillé. A l’ensemble des enseignants du département génie mécanique, Sans oublier ceux qui ont participé de prés ou de loin à la réalisation de ce travail, et ceux qui ont fait l’honneur de jurer ce mémoire. Sommaire Dédicaces Remerciements Sommaire Liste des tableaux Liste des figures Résumé Introduction générale 1 Chapitre 1 Généralité 1.1 Introduction 2 1.2 Les principaux types des turbines 2 1.2.1. Les turbines hydrauliques 3 1.2.2. Les turbines à gaz 4 1.2.3. La turbine à vapeur 6 1.3. La turbine à vapeur ‘Tesla’ 7 1.3.1. Description 7 1.3.2. Principe de fonctionnement 8 1.3.3. Applications 9 1.3.4. Avantages et inconvénients 9 1.4. Conclusion 10 Chapitre 2 Etude bibliographique 2.1. Introduction 11 2.2. Revue de littérature 11 2.3. Conclusion 16 Chapitre 3 Etude expérimentale 3.1. Introduction 17 3.2 Partie expérimentale 17 3.2.1. L'arbre rotatif 17 3.2.2 Les disques annulaires 18 3.2.3 La Buse d’entrée 18 3.2.4 Un caisson 19 3.2.5 Pièces de turbine dessinées par programme SolidWorks 20 3.2.6 Le matériel utilisé 24 3.2.7 Les instruments de mesure 24 3.2.8 Procédure expérimentale de teste 25 3.3 Partie théorique 26 Chapitre 4 Résultats et discutions 4.1. Introduction 28 4.2. Effet du débit d'air à l'entrée de la turbine 30 4.3. Effet de la vitesse de rotation de la turbine 32 4.4. Discussion 34 4.5. Conclusion 35 Conclusion générale Liste bibliographique Liste des tableaux tableaux Description page Tableau 1.1 Avantages et inconvénients des turbines hydrauliques 4 Tableau 1.2 Avantages et inconvénients des turbines à Gaz 5 Tableau 1.3 Avantages et inconvénients des turbines à vapeur 7 Tableau 4.1 Paramètres mesurés 28 Tableau 4.2 Paramètres calculés 29 Liste des figures Figures Description page Figure 1.1 Schéma d’une turbine hydraulique 3 Figure 1.2 Schéma d’une turbine à gaz 5 Figure 1.3 Schéma d’un cycle d’une turbine à vapeur 6 Figure 1.4 Schéma de fonctionnement de la turbine de Tesla 9 Figure 3.1 l’arbre de la turbine 17 Figure 3.2 les disques annulaires 18 Figure 3.3 La buse d’entrée 19 Figure 3.4 le caisson 19 Figure 3.5 Disque annulaire 20 Figure 3.6 Disques annulaires regroupés et fixés dans un support 20 Figure 3.7 le caisson 21 Figure 3.8 pallier 22 Figure 3.9 support disque 22 Figure 3.10 la buse d’entrée 23 Figure 3.11 La structure finale de la turbine démontée 23 Figure 3.12 Le schéma d'installation final de dispositif 25 Figure 3.13 Photos du dispositif expérimental 26 Figure 4.1 Variation de la puissance à l'entrée en fonction du débit volumique de l'air 31 Figure 4.2 Variation de la puissance extraite en fonction de la vitesse angulaire de la turbine 32 Figure 4.3 Variation de la puissance extraite en fonction de la vitesse angulaire de la turbine 33 RESUME Ce mémoire présente la réalisation d’une turbine de type TESLA et les résultats de son expérience. Cette turbine, classé non conventionnelle car utilisant des disques lisses au lieu des aubes, est décrite principalement par l’écoulement du fluide sur un disque par rapport à une vitesse, une pression ou un débit d’entrée. Elle est spéciale par sa capacité à contourner les principaux inconvénients des turbines conventionnelles. Afin d’obtenir des résultats satisfaisants et de les afficher clairement, nous avons utilisé un programme de dessin assisté par ordinateur (SolidWorks) pour présenté les différentes parties (pièces) de la turbine et expliquer en détail la méthode d'essai et ses résultats expérimentaux déterminer les principaux paramètres affectant et contrôlant le rendement de ce type de turbines, et utilise le code MATLAB pour dessiner les courbes graphiques qui montrant l’étendue de ces paramètres sur l’efficacité. 1 Introduction Générale L'énergie se trouve dans la nature sous différentes formes. Cependant, dans la plupart des cas elle ne peut pas être exploitée directement sous sa forme primaire; et elle doit donc être transformée ou convertie en une autre forme plus souhaitable afin de satisfaire les besoins de l'Homme. Le développement de l’activité économique exige des moyens de production d'énergie performants et avec rendement élevé; ce qui induit des retombés économiques positifs sur les populations. Une partie importante de l'énergie consommée mondialement est sous forme d'électricité d'origine fossile. Cette énergie est produite principalement à l'aide des turbines à gaz. Aujourd'hui, l'orientation des politiques économiques vers l'exploitation des énergies renouvelables sert de motif à l'emploi des turbines à vapeur qui utilise l'énergie calorifique de la vapeur chauffée à haute température (haute pression) par la technologie de concentration du rayonnement solaire. En 1913 Nikola Tesla a présenté sa turbine à vapeur sans pales dont le rotor se compose d'une série de disques lisses; mais cette turbine n'est pas encore largement utilisée. La turbine Tesla a été supplantée par les turbines à gaz (pendant la première et la deuxième guerre mondiale), par conséquent, l’application et la vulgarisation dans le domaine industriel reste relativement modeste. Le principe de fonctionnement de la turbine Tesla repose sur l’adhésion d’un fluide visqueux s’écoule entre deux disques parallèles. L’énergie du fluide introduit (énergie cinétique) sera transmise aux disques dans un rendement de rotation qui entrainera l’arbre porteur. L’étude que nous allons entreprendre dans ce mémoire porte sur la réalisation d’une turbine Tesla et la détermination expérimentale de sa performance. Le premier chapitre portera sur les différents types de turbines, et leur principe de fonctionnement et mettre en évidence les caractéristiques de la turbine de Tesla objet de notre étude. Le deuxième chapitre revoit quelques études antérieures visant à tester, améliorer et développer des modèles théoriques pour la turbine de Tesla. Le troisième chapitre traitera de la réalisation, l'instrumentation et l'expérimentation de notre turbine. Le quatrième chapitre sera consacré à la présentation des résultats expérimentaux, discussion et commentaires. Nous terminerons avec une conclusion générale qui constitue un résumé de nos constatations relevées au cours de cette étude. Chapitre I GENERALITE 2 Chapitre 1 GENERALITE 1.1. Introduction Tout processus énergétique consiste à établir des transferts de travail et de chaleur dans des appareils appropriés. Dans les machines volumétrique, objet de différents articles de ce traité, cet échange d’énergie a lieu par déformations de capacités à l’intérieur des quelles le fluide est provisoirement emprisonné. Dans les turbomachines, les écoulements sont supposés permanents en première approximation, ce qui n’est pas le cas pour les machines volumétriques. Les turbomachines ( pompes, ventilateurs, compresseurs et turbines ), qui entraînent des débits de fluide plus grands que les machines volumétriques, jouent dans ces conversions d’énergie un rôle important d’échangeur de travail entre le fluide évoluant d’une part et un organe mécanique d’autre part, Ce dernier en possède une aussi. 1.2. Les principaux types de turbines Partie en mouvement constituée d’un rotor muni d’ailettes. Par exemple, une turbine est un dispositif permettant d’extraire du travail sur un fluide lorsqu’il se détend depuis une haute pression jusqu’à une pression plus faible. Les turbomachines de compression et de détente sont des machines dans lesquelles un fluide subit une transformation lors de son écoulement, en partie le long de conduits fixes formant le stator de la machine, et en partie le long de conduits mobiles appartenant au rotor, organe recevant ou transmettant la puissance mécanique selon le cas. Ces conduits offerts au fluide sont munis d’aubes. Dans une turbine, le rotor ou arbre d’entraînement transmet la puissance mécanique à un appareil récepteur qui peut être un alternateur, un compresseur, une pompe, etc. lequel utilise cette puissance à ses propres fins. La turbine : est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d’un fluide et à transmettre le mouvement au moyen d’un arbre, ce dispositif convertissant partiellement l’énergie interne d'un fluide, liquide (comme l'eau) ou gazeux (vapeur, air, gaz de combustion), en énergie mécanique au moyen d' grande vitesse [1]. 1.2.1. Les turbines hydrauliques Pour rappel, l’hydroélectricité l’énergie hydraulique et de la transformer en électricité. L’installation de ce genre de site permet à terme de réduire notre dépendance aux énergies fossiles. Il faut donc passer par une énergie interm transformation prend place dans la turbine uploads/Litterature/dabah-wafa.pdf