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Olivier Bonnefoy (bonnefoy@emse.fr)

Machine thermique

ConvertisseurPuissance

thermiquePuissance mécanique↔↔

MACHINES DE TRANSFERT

DE CHALEUR

MOTEURS THERMIQUES

MACHINES THERMIQUES

DE CHALEUR

Q Chaud Q2 Q1 W

Environ-

nement W W Q2 Q1 Q2 Q1 W Q2 Q1 Q' 2 Q'1 Froid

COMBUSTION INTERNECOMBUSTION EXTERNE

MOTEURS THERMIQUES

COMBUSTION INTERNE

COMBUSTION EXTERNE

Chaudière

i.e.

Chaudière

Turbine

Condenseur

Pompe Chambre de combustionTurbineCompresseurAir(kérosène)Air (+ brûlés ) [ ]1;0 2 ?-=Q Wη U S 2Q 21

1QQ--=η

0=ΔU

0=ΔS

21QQWU++=Δ

22
11TQ

TQSéchange+=Δ

créationSQ T T

TΔ--=.111η

créationéchangeSSSΔ+Δ=Δ

ηmax

ηmax

créationQT22

0≥ΔcréationS11

21
max

Très irréversiblePeu irréversible

80
T 80T

20°C

20°C

80°C

80°C

20°C

20°C

60°C

60°C

40°C

40°C

80°C

80°C

2020
chaudfroid arnotCTT-≡1η

η-=W

CarnotT

T

énergétiqueQ

ηηη=énergétique

exergetique

Carnot

La thermodynamique est un sujet curieux. La première fois qu'on l'aborde, on ne le comprend pas du tout. La deuxième fois, on pense qu'on le comprend, sauf l'un ou comprend pas, mais à ce stade on y est tellement habitué qu'on ne s'en préoccupe plus.

Arnold Sommerfeld

Travail :

Entropie :autresautresWdVPWWW+-=+=.pression de forces créationcréationéchangeST

QSSdS+=+=

Conservation de l'énergie en système fermé

Conservation de l'énergie en système ouvert

dt dVP dt W dt Q dt mgzmcUd autres.21 2 Formellement, en système ouvert, le travail des forces de pression n'apparaît pas (explicitement) et H remplace U. ssortiess e entréeseautres gzchmgzchmdtW dtQ dtmgzmcUd++-++++=++222

21.21.21

Nota Bene

y = hsvy = x.yV+ (1-x).yL

LGLMvvvvx-

Courbe de bulleCourbe de rosée

MM LG LM ss ssx LGss- MM

LGLMssssx-

x,y,z dyyzdxxzdz xy yxxyyz xxz y 1..-= z y y x x z ∂∂∂xzyzyx 1.= yyzx xz -=dVPdSTdU.. dTSdvPdFdTSdPVdGdPVdSTdH dVPdSTdU VP HTS HP VUTSU SV

STFPVFS

TGVPG VPTS

VTPTSP

TP PSVS P S T VSV PTSP VT TV TP VS TP PT PPPTh TsTC us∂=∂= VVVT u T sTC

VPCC=γ

sPT PPTTV V

ρβ11

V∂∂-ρ11

TTTPP V V

ρχ11

RT Pv nRT PVZ==

PPPhTZ

CPRT CTv PT ∂∂=..1.

2βμ

PV TVP TM T

PTMTCC

2

RCCVP=-

VP

0>-=LGhhL

( )LGLGLG satvvTL vvss dTdP

LGvv>>

2RT LP dT dP= 2 .RTdTsat

MACHINES DE TRANSFERT

DE CHALEUR

MOTEURS THERMIQUES

MACHINES THERMIQUES

DE CHALEUR

via

Rendement max ~ 95%

Rendement max ~ 38%

Rendement max ~ 38%

FRANCIS PELTON KAPLAN

Trois Gorges, Chine : 18 GW grâce à 26 turbines Francis (

ΔH=90 m)

POMPES VOLUMETRIQUES

POMPES CENTRIFUGES

C'est une centrale électrogène !

oxydation d'un carburant fission de l'uranium 235 oxydation d'un carburant EI Q /R11 Do /R12 Do /R13 Do /R14 Do /R15 Do /R16 Do /R17 Do /R17 Do /R18 Do /R19 Do /R20 Do /R21 Do /R22 Do /R23 Do /R24 Do /R25 Do /R25 Do /R26 Do /R27 Do /R28 Do /R29 Do /R29 Do /R29 Do /R30 Do /R31 Do /R31 Do /R31 Do /R32 Do /R32 Do /R32 Do /R32 Do BT /R9 7.61704 Tf

1 0 0 1 554.528 19.5195 Tm

[(8 1289
via

240 m.

30 m.
(50 t/h de fuel + 500 t/h d'air) BILAN

641 MW thermique

250 MW électrique

Rendement énergétique : 39%

169 MW679 t/h de vapeur189 kg/s

x = titre = fraction massique de vapeur volumique Hirn y 1-y

100289

Données :

P Ch T C 1 234

Calculer :

2 2

Air comprimé

(10 bars, 300°C)Gaz brûlés(10 bars, 1000°C)Q2

Chambre

de combustion

Echappement

Air aspiré

(Patm,Tatm)Gaz détendus(Patm, 600°C) Q 1 mécanique cinétique liée au distincte du

CHAMBRE DECOMBUSTION

rev s diff réelh h h h h h

Makila 3G

Description

vMac= c S Pc RTcM M ()()= + - ≈ - = Δ K m m v m v m v v m v pP K v= ()()= + - ≈ - = Δ air K air air airK m m v m v m v v m v m air K airvvP m m m= + - t KP m h= Δ mPε= m m t P

Pε=

p p m P

Pε=

p tp t P

Pε=

Hypothèses :

Questions

Nota Bene : les propriétés thermodynamiques de l'air nécessaires au calcul se trouvent dans l'annexe du polycopié

MACHINES DE TRANSFERT

DE CHALEUR

MOTEURS THERMIQUES

MACHINES THERMIQUES

DE CHALEUR

via (régénérateur inclus dans le déplaceur)

An experimental study on the development of a -type Stirling engine for low and moderate temperature heat sources

1 23
4 1 1 23
4 Q2 Q 1 ST 23
4 1 Q1Q2 Q2 2 3 Q1 Q2 Q1 * Rapport de compression = rapport entre les volumes avant et après compression

Arbre à cames

BougieArbre à camesCame

Arbre à cames

Soupape

Admission

Piston

Cylindre

Bielle

Point Mort Haut

Segments

Point Mort Bas

Course

D = Alésage

Vilebrequin

Bielle

Vilebrequin

Vilebrequin

Q2

ADMISSION (0-1)

COMPRESSION (1-2)

COMBUSTION

Q1

COMBUSTION (2-3) ET DETENTE (3-4)

ECHAPPEMENT (4-5-0)

Nota Bene : un seul temps moteur (3-4)

plusieurs cylindres (4) pour minimiser les variations du couple moteur.

Admission

Compression

Combustion

Détente

3

Détente

Echappement

0 12 4 5 * Pour gamma=1.33, le rendement théorique est de 45% C C P T P T 2 3 Q2 43Q1Q
2 T S 2 1

ADMISSION (0-1)

COMPRESSION ET INJECTION (1-2)

COMBUSTION

Q1

COMBUSTION ET DETENTE (2-3-4)

ECHAPPEMENT (4-5-0)

2 3

Les différents polluants :

NOx :

Particules de suies :

Nota Bene

CO : SO2 :

Combustible imbrûlé

c cγ γτηγ--= -- Vc V=

Futur : pompes remplacées par injecteurs électromagnétiques (essais concluant à 1000 bars).

quotesdbs_dbs7.pdfusesText_13