Turbine à vapeur et centrale thermique à flamme 3 Turbine à gaz et La variation totale d'entropie au cours de cette transformation est : ∆S = ∆S1 + ∆ S2
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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 WEnviron-
nement W W Q2 Q1 Q2 Q1 W Q2 Q1 Q' 2 Q'1 FroidCOMBUSTION 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 211QQ--=η
0=ΔU
0=ΔS
21QQWU++=Δ
2211TQ
TQSéchange+=Δ
créationSQ T TTΔ--=.111η
créationéchangeSSSΔ+Δ=Δηmax
ηmax
créationQT220≥ΔcréationS11
21max
Très irréversiblePeu irréversible
80T 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
2020chaudfroid arnotCTT-≡1η
η-=W
CarnotT
TénergétiqueQ
ηηη=énergétique
exergetiqueCarnot
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 créationcréationéchangeSTQSSdS+=+=
Conservation de l'énergie en système ferméConservation 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++-++++=++22221.21.21
Nota Bene
y = hsvy = x.yV+ (1-x).yLLGLMvvvvx-
Courbe de bulleCourbe de rosée
MM LG LM ss ssx LGss- MMLGLMssssx-
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 SVSTFPVFS
TGVPG VPTSVTPTSP
TP PSVS P S T VSV PTSP VT TV TP VS TP PT PPPTh TsTC us∂=∂= VVVT u T sTCVPCC=γ
sPT PPTTV Vρβ11
V∂∂-ρ11
TTTPP V Vρχ11
RT Pv nRT PVZ==PPPhTZ
CPRT CTv PT ∂∂=..1.2βμ
PV TVP TM TPTMTCC
2RCCVP=-
VP0>-=LGhhL
( )LGLGLG satvvTL vvss dTdPLGvv>>
2RT LP dT dP= 2 .RTdTsatMACHINES DE TRANSFERT
DE CHALEUR
MOTEURS THERMIQUES
MACHINES THERMIQUES
DE CHALEUR
viaRendement 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 Tf1 0 0 1 554.528 19.5195 Tm
[(8 1289via
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-y100289
Données :
P Ch T C 1 234Calculer :
2 2Air comprimé
(10 bars, 300°C)Gaz brûlés(10 bars, 1000°C)Q2Chambre
de combustionEchappement
Air aspiré
(Patm,Tatm)Gaz détendus(Patm, 600°C) Q 1 mécanique cinétique liée au distincte duCHAMBRE DECOMBUSTION
rev s diff réelh h h h h hMakila 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 PPε=
p p m PPε=
p tp t PPε=
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
1 234 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
Q2ADMISSION (0-1)
COMPRESSION (1-2)
COMBUSTION
Q1COMBUSTION (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
3Détente
Echappement
0 12 4 5 * Pour gamma=1.33, le rendement théorique est de 45% C C P T P T 2 3 Q2 43Q1Q2 T S 2 1
ADMISSION (0-1)
COMPRESSION ET INJECTION (1-2)
COMBUSTION
Q1COMBUSTION ET DETENTE (2-3-4)
ECHAPPEMENT (4-5-0)
2 3Les 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).
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