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اﻟﺠﻤﻬﻮرﻳﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﻳﺔ اﻟﺪﻳﻤﻘﺮاﻃﻴﺔ اﻟﺸﻌﺒﻴﺔ République Algérienne Démocratique et P

اﻟﺠﻤﻬﻮرﻳﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﻳﺔ اﻟﺪﻳﻤﻘﺮاﻃﻴﺔ اﻟﺸﻌﺒﻴﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Mécanique Filière : Génie Mécanique Option: Conception Mécanique et productivité Réf:………… Mémoire de Fin d'Etudes En vue de l’obtention du diplôme de: MASTER Présenté par: Proposé et dirigé par: MAAMRI WALID Dr :AOUES KAME Promotion : Juin 2013 Etude D’un Moteur à AIR Chaud (Stirling),Application à La Conversion De L’énergie Théorque Solair Dédicaces voila une finalité naturelle d’un long parcours d’études intenses et laborieuses nécessitant beaucoup de sacrifices mais contribuant finalement à un résultat bénéfique et méritoire. Je dédie ce modeste travail tout d’abord à la memoire d’êtreparmis nous pere et a merer que par le soutien et sacrifices, sa compréhension et affection qui m’ont permis d’être ce que je suis et d’arriver à cette étape finale . A mes frères Brahim,Soufaine,Toufik,Amal,Nasira,Abdllah,Ftima Zohra ainsi leurs familles. A mes adorables sœurs : Ali,Basset,Mouhmed,Amani toujours présente à mes cotés par ses bénéfiques conseils et son soutient moral et à mon neveu Djamel. Avec une spéciale dédicace à la personne la plus chère pour moi, avec qui j’ai partagé ma joie et mes peines, au chere Chourouk ghecham qui m’a toujours encouragé, qui était et qui reste toujours présent pour me soutenir et à qui je souhaite un bon courage. A vous mes meilleures amies tarek Foufou,Abdllah,Tarke,Hosam,Didi,Rafike,Faisal,Walid mansori,Walid mirimi,Jaba,sh mostafha qui m’ont toujours soutenu, je vous aime et je vous remercie. En fin à mes partenaires qui m’ont partagé les souffrances de ce travail :Dr Aoues Kamel encadreur A tous les étudiants de genie mecanique en particulier ceux de la promotion 2013. A toutes les personnes dont j’ai une place dans leurs cœurs. * Maamri Walid* Symboles utilisés : Préfixes et suffixes : Q : représente l'énergie thermique, exprimée en Joules V : représente un volume exprimé en mètres cubes. T : représente une température exprimée en Kelvin. W : représente un travail exprimé en Joule. P : représente une valeur de pression exprimée en Newton par m² Cv : Chaleur spécifique à volume constant (J/Kg K) K : Facteur défini par l'équation Kmc : Rapport du volume mort « chaud » sur le volume mort total Kmf : Rapport du volume mort « froid » sur le volume mort total. Kmt : Rapport des volumes morts sur le volume total. KMDP : Rapport des volumes morts sur les volumes balayés. m : Masse totale du fluide contenu dans le moteur ( Kg). P : Pression absolue ( N/m²). pm : Pression moyenne effective du cycle complet.(N/m²) Qe : Pression moyenne effective du cycle complet.(N/m²) Qs : Chaleur rejetée vers l'extérieur par le cycle.(N/m²) R : Constante du gaz de travail.(J/kg K) T3 : Température du gaz de travail dans l'espace chaud. ( K) T1 : Température du gaz de travail dans l'espace froid. ( K ) VP : Volume balayé par le piston de travail.(m3) VP : Volume balayé par le piston de travail.(m3) VMC : Volume mort chaud ( réchauffeur, liaisons, cylindre).(m3) VMT: Total des volumes morts.(m3) Wnet : Puissance nette du moteur. (Joules) ET : Efficacité thermique du moteur Stirling. Liste des figures Chapitre 1 : Fig.1.1. Moteur Stirling [1]. Fig.1.2. John Ericsson [2]. Fig.1.4. Moteur Manson [3]. Fig.1.3. Moteur à vapeur [4]. Chapitre 2 : Fig.2.1. Robert Stirling [5]. Fig.2 2.Phase de chauffage[6]. Fig.2.2.Phase de détente[6]. Fig.2.2.Phase de refroidissement[6]. Fig.2.2.Pahase de compression[6]. Fig.2.3.1ère Phase de travail du déplaceur[6]. Fig.2.3.1em Phase de travail du déplaceur[6]. Fig.2.3.2em Phase de travail du déplaceur[6]. Fig.2.3.3em Phase de travail du déplaceur[6]. Fig.2.4.Diagramme indicateur d'un moteur STIRLING théorique [7]. Fig2.5.Diagramme indicateur d'un moteur STIRLING réel [8] Fig.2.7.Moteur Stirling de type alpha[9]. . Fig.2.7.Coupe d'un moteur Stirling de type bêta[9]. Fig.2.7.Moteur STIRLING, type gamma [9]. Chapitre 3 : Fig.3.1.schéma de fonctionnement du moteur stirling [10]. Fig.3.2.position des pistons[10]. Fig3.3.schéma cycle de strling[11]. INTRODUCTION Introduction générales [Tapez un texte] Page 1 Dans les contextes énergétique et environnemental actuels (tension sur les marchés énergétiques, effet de serre, pollution,. . .), l'intérêt de développer destechnologies de production d'énergie "propre" est relancé. Ainsi, de nouvellesperspectives comme le solaire ou la valorisation des déchets sont offertes à larecherche sur les "énergies renouvelables". Il existe plusieurs types de moteurs capables de transformer l'énergie thermiqueen énergie mécanique. Les moteurs thermiques utilisés le plus fréquemmentsont les moteurs alternatifs à combustion interne, les turbines à gaz etles installations à cycle de Rankine à vapeur d'eau. Malheureusement, aucunde ces systèmes n'est bien adapté à la valorisation de certains types de "sourcechaude" (énergie solaire, biomasse, effluents gazeux à haute température,. . .). Les moteurs à air chaud, à apport de chaleur externe par échangeur, avec ousans échangeur récupérateur, à machines de compression et de détente alternativesdistinctes, à cyclemonophasique ouvert ou fermé, avec ou sans soupapesou clapets, sont en revanche très appropriés à la valorisation d'énergie renouvelable.En effet, l'apport de chaleur peut être d'origine diverse comme le solaire,le bois,. . . . Par ailleurs, dans le domaine des faibles puissances électriques (500We . . . 50kWe),la cogénération ne semble pas avoir le même développement que pour lesgrandes puissances. Ce manque de succès, alors que le domaine résidentielet tertiaire pourrait être porteur, est dû au manque de systèmes adaptés à cecréneau : pour ces niveaux de puissance, les machines les plus utilisées sont lesmoteurs à combustion interne qui génèrent beaucoup de bruit et de vibrations.Peu de particuliers sont prêts à installer un moteur à combustion interne chezeux en lieu et place de leur chaudière à gaz, même si certains constructeursproposent des systèmes de cogénération domestique bien isolés du point devue phonique et vibratoire. Le marché semble donc plus prometteur pour lessystèmes basés sur des moteurs thermiques à combustion externe. Parmi cesderniers, les systèmes de cogénération basés sur des moteurs Stirling cinématiquesou à pistons libres font l'objet de nombreux développements, voire sont,pour certains d'entre eux, déjà commercialisés. Dans ce présent travail, nous nous intéressons au moteur thermique à apport de chaleur externetel que le moteur STIRLING (1816). Introduction générales Page 2 Pour cela, nous avons partagé ce travail en trois chapitres : Dans le premier chapitre, nous abordons tous les moteurs à apport de chaleur externe. Les différents types des moteurs à air chaud leurs avantages et inconvénients. Le second chapitre est consacré au moteur STIRLING sujet de ce travail. Nous verrons son principe de fonctionnement, ces différents types et leurs applications. Au troisième chapitre, nous essayons de voir les formules et équations caractérisant ce genre de moteur thermique. Nous prenons l’exemple d’un moteur STIRLING du type gamma dont nous déterminons ces performances thermiques. En fin, nous entamons ce travail par une conclusion générale. Chapitre 1 – Généralités sur les moteur à air chaud Page 3 1.1. Historique : Ce moteur est une machine thermique à combustion externe. Le brevet de ce moteur a été déposé en 1816 par le pasteur protestant écossais Robert Stirling. Les inventions du moteur à gaz et du moteur Diesel l'ont fait retomber dans l'oubli. En 1936, Philips développa de nouveau le moteur Stirling. Il sert aujourd'hui à la propulsion des sous‐marins, comme moteur de groupe électrogène (production d'électricité à partir d'énergie solaire). Entraîné mécaniquement, il sert de pompe à chaleur. Ce moteur a comme avantage d'être : mins polluant (combustion externe d'où production de gaz carbonique et vapeur d'eau uniquement). moins bruyant : le fluide actif (l'air ou l'hélium) travaille en circuit fermé et ne s'échappe pas dans l'atmosphère (pas de bruit d'échappement). Multi‐carburant : le moteur peut être alimenté par n'importe quelle source de chaleur (charbon, alcool, soleil,…). Rendement supérieur à 40%. Utilisé en sens inverse, le cycle Stirling sert de pompe à chaleur. Dans ce cas, il peut notamment être utilisé pour liquéfier des gaz tels que l'air. 1.2. Les types de moteur : Les différents types de moteurs à air chaud ou moteurs à combustion externe sont : 1.2.1. Moteur de Stirling : Le Pasteur Robert Stirling est né le 25 octobre 1790, à Gloag dans le comté de Perthshire en Ecosse. Il est mort le 6 juin 1878 à Galston, ville située à 30 km environ au sud de Glasgow. Il était le troisième enfant d'une famille en comprenant huit. Son grand‐père paternel fabriquait des batteuses, son grand‐père maternel était agriculteur. Il poursuivit de brillantes études à l'université d'Edimbourg de 1805 à 1808. Ensuite, il se tourna vers des études de théologie à l'université de Glasgow pour devenir pasteur. Il se maria le 10 juillet 1819 avec Jean Rankin. Ils eurent sept enfants. Quatre garçons devinrent ingénieurs dans les chemins de fer (Patrick, William, Robert et James), un autre choisit de devenir à son tour pasteur (David). Quant aux deux filles, l'une fit profiter ses frères de ses idées (Jane) et l'autre se consacra au métier d'artiste (Agnes). Chapitre 1 – Généralités sur les moteur à air chaud Page 4 La vie de Robert Stirling se déroule durant le dix‐neuvième siècle qui voit de nombreuses découvertes scientifiques et techniques. C'est probablement ce bouillonnement d'idées, sa uploads/Science et Technologie/maamri-walid.pdf