Chapitre 5-Thermodynamique des systèmes ouverts. Application à l
Certains systèmes échangent avec l'extérieur outre de l'énergie
partie 2 bilan dénergie appliqué aux systèmes ouverts
THERMODYNAMIQUE APPLIQUÉE. PARTIE 2. BILAN D'ÉNERGIE APPLIQUÉ AUX SYSTÈMES. OUVERTS. I. Différentes formes d'énergie. ? L'énergie est un concept
Systèmes ouverts en régime stationnaire
l'énergie thermique fournie par un réacteur (nucléaire ou autre) en énergie les principes de la thermodynamique il faut se ramener à un système fermé.
Diapositive 1
21 sept. 2020 Les variables d'états d'un système thermodynamique ... 4.1 ) Bilan d'énergie : premier principe (principe pressenti par Mayer en 1842).
Thermodynamique
Un système ouvert ne se contente pas d'échanger de l'énergie avec le milieu extérieur Le bilan de masse donne : dM = M (t + dt) ? M (t) = dme – dms.
THERMODYNAMIQUE ET TRANSFERTS THERMIQUES Evaluation
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La thermodynamique est la partie de la physique qui traite des échanges et conversions d'énergie entre systèmes Un système thermodynamique est un ensemble
Chapitre 1 : notions de thermodynamique
ANF CNRS École de mécanique "Refroidissement des expériences : conception et instrumentation»
Centre Paul-Langevin à Aussois, 21 au 25 septembre 2020Eric CONTE (IPHC / UHA)
ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
1.2.Systèmes thermodynamiques
3.Propriétés thermodynamiques des fluides
4.Théorie des systèmes fermés
5.Théorie des systèmes ouverts
Plan du cours
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Thermodynamique
1. Exemples
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ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
1. Exemples
Thermodynamique
Diapositive 4/ 74
Mode co-courantMode contre-courant
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1. Exemples
Thermodynamique
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monoétagé) bielle manivelle piston clapet d'aspiration clapet de refoulement vilebrequinANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
1. Exemples
Thermodynamique
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Le détendeur (plusieurs technologies)
Principe
détente de Joule-ThompsonANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
1. Exemples
Thermodynamique
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La machine frigorifique & la pompe à chaleur
Un fluide frigorigène subit des
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1. Exemples
Thermodynamique
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La machine frigorifique & la pompe à chaleur
Source chaude
TCSource froide
TF processus endothermique pour extraire de la chaleur au milieu extérieur froid. processus exothermique pour rejeter la chaleur au milieu extérieur chaud. processus pour augmenter la pression de : basse pression haute pression processus pour diminuer la pression de : haute pression basse pressionANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
1. Exemples
Thermodynamique
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La machine frigorifique & la pompe à chaleur
Echangeur de chaleur
Echangeur de chaleur
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Thermodynamique
2. Systèmes
thermodynamiquesDiapositive 10/ 74
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2. Systèmes
Thermodynamique
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Les différents types de systèmes thermodynamiquesSystème isolé
Système fermé
Système ouvert
Système Extérieur
Système Extérieur
Échange
Système
Échange
Extérieur
frontièreANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
2. Systèmes
Thermodynamique
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Les différents types de systèmes thermodynamiquesSystème ouvertSystème fermé
Système étudié = circuit frigorifique
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2. Systèmes
Thermodynamique
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grandeurs scalaires : Température T, pression P, quantité de matière n, masse m,Système
Pour connaître le système, seul un ensemble de paramètres indépendants est requis.On distingue parmi ces paramètres :
Les valeurs intensives : qui ne dépendent pas de la taille du système.Ex: température ou pression.
Les valeurs extensives : qui dépendent de la taille du système et sont proportionnelles à la
masse du système. ExANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
2. Systèmes
Thermodynamique
Diapositive 14/ 74
Ces échanges peuvent être également exprimées sous forme de :Énergie massique (en J/kg) :
qൌܳGrandeurs
extensives le travail W macroscopique. le chaleur ou transfert thermique Q lorsque deux corps de température différente sont en contact. Correspond microscopique.Puissance (en W=J/s) :
ௗ௧: puissance mécanique ௗ௧: puissance thermiqueANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
2. Systèmes
Thermodynamique
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Conventions de signe sur W et Q :
énergie cédée par le système : Q ou W < 0 énergie reçue par le système : Q ou W > 0Système
W1 W2 Q1 Q2 Q3ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
2. Systèmes
Thermodynamique
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si pas de perte (adiabatique) si pas de perte (adiabatique)ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
2. Systèmes
Thermodynamique
Diapositive 17/ 74
si pas de perte (adiabatique) dépend de la définition du systèmeANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
2. Systèmes
Thermodynamique
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source chaude source froideANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
2. Systèmes
Thermodynamique
Diapositive 19/ 74
source chaude source froideANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
Thermodynamique
3. Propriétés
thermiques des fluidesDiapositive 20/ 74
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3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 21/ 74
suivantes : T température, P pression, V volume et n la quantité de matière. avec ܴla constante des gaz parfait ൌ݇ܰڄ ala constante de cohésion (caractère attractif des molécules à grande distance) bla constante de covolume (les molécules ont un volume espace vide non occupé) a=b=0.ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
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(intrinsèques à la nature des molécules).ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 23/ 74
Capacités calorifiques massiques
Capacité calorifique massique à pression constante ࢉࡼ(en J.K-1.kg-1) :°C à P=cst
Capacité calorifique massique à volume constante ࢉࢂ(en J.K-1.kg-1) : quantitéà apporterpour augmenter la temperature du fluidede 1°C à V=cst Lien entre les 2 capacités est donnée par la relation de Mayer généraleEn règle générale, ܿet ܿ
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3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 24/ 74
Variation de la capacité calorifique
Capacités calorifiques massiques
Quelques valeurs de capacités
calorifiques massiques dans les CSTPANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 25/ 74
Capacités calorifiques massiques ne dépendent que de la température T.En effet :
La relation de Mayer devient :
ఊିଵet ܿ avec ߛൌܿȀܿ = 5/3 = 1,67 pour un gaz monoatomique = 7/5 = 1,40 pour un gaz diatomiqueANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 26/ 74
On appelle phaseun milieu dans lequel les variables (T, P, V et n) varient de manière continue. Ainsi les états de la matière (liquide, gaz, vapeur) constituent des phases.Mais le concept de phase est beaucoup plus large.
Ex : la glace présente 11 états solides différents (donc 11 phases)On parle de variétés allotropiques.
Il faut dresser la "carte» des phases en fonction des conditions thermodynamiques du diagramme de phases. Le diagramme de phase est un . Il prédit la phase du fluide lorsque ce dernier est à .ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
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P V T peut être décrit par les grandeurs physiques :T température, P pression, V volume et
n la quantité de matière.Au final, 3 paramètres doivent être pris
en compte : P, T et V. Il faut un diagramme de phase en 3D.ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 28/ 74
P T V POn préfère utiliser
des projections 2D.Sur les 3 projections
possibles, nousétudierons les
diagrammes P-Tet diagramme P-V.ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 29/ 74
Point critique
(221,2 bar ; 374°C)Point triple
(0,006 bar ; 0,01°C) solideliquidegazT (°C)
P (bar)
1 atmDiagramme P-
Deux points particuliers :
le point triple où les trois états coexistent. le point critique termine la séparation entre liquide gaz. Au- delà de ce point, on est plus capable de faire la différence entre un gaz et un liquide. On parle de fluide supercritique.ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 30/ 74
V PSLGS+LL+G
S+GPoint critique
Ligne triple
Sur ce diagramme, on retrouve les domaines
également apparaître des nouvelles phases qui sont des mélanges de deux états. Ex : Le domaine "L+G» désigne une phase dansOn retrouve le point critiqueau-delà
duquel le fluide est supercritique. coexistent les trois états forment une droite appelée ligne triple.Diagramme P-
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3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 31/ 74
Diagramme P-
V P V P LL+GGConcentrons nous sur la partie
du diagramme correspondant à la transition Liquide Vapeur.Point critique
Courbe de rosée
= courbe de saturationANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 32/ 74
Diagramme P-h du fluide R134a
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3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 33/ 74
mélange peut être décrit par les grandeurs physiques :T température, P pression, V volume,n
la quantité de matièreet la composition du mélangeAu final, 4 paramètres doivent être pris
en compte : P, T, V, composition. Il faut un diagramme de phase en 4D.ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
3. Propriétés des fluides
Thermodynamique
Diapositive 34/ 74
mélange azéotrope (comme un corps pur) Glissement de température = | T de rosée T de bulle |Mélange zéotrope
corps pur)à P=cst, T=cst
évaporation
condensation Mélange quasi-azéotrope: mélange zéotropedont glissement de T < 1°CT de rosée
évaporation
condensationT de bulle
à P=cst, T്cst
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Thermodynamique
4. Théorie des
systèmes fermésDiapositive 35/ 74
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4. Systèmes fermés
Thermodynamique
Diapositive 36/ 74
(principe pressenti par Mayer en 1842)1et t2est égale
Formulation macroscopique :
or ȟܧൌȟȟܧà la variation de vitesse v
En thermo, on considère des systèmes immobiles ȟܷൌܹܳ en JANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
4. Systèmes fermés
Thermodynamique
Diapositive 37/ 74
(principe pressenti par Mayer en 1842)Formulation massique :
ȟݑൌݓݍavec :
en J/kg Formulation différentielle ou infinitésimale :ANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
4. Systèmes fermés
Thermodynamique
Diapositive 38/ 74
(principe pressenti par Mayer en 1842)Formulation sous forme de puissance :
Que se passe-t-il en régime permanent ?
système thermodynamique en W݀ܧANF CNRS 21 au 25 septembre 2020 Aussois E. Conte
4. Systèmes fermés
Thermodynamique
Diapositive 39/ 74
TFTCmachine
(principe pressenti par Mayer en 1842)quotesdbs_dbs27.pdfusesText_33[PDF] calcul bilan énergétique
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