Thermo 2sem poly

I.U.T. de Saint-Omer Dunkerque
D´epartement G´enie Thermique et ´energie
COURS DE THERMODYNAMIQUE
2 eme Semestre
Olivier PERROT
2010-2011
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Avertissement :
Ce cours de thermodynamique pr´esente quelques applications aux ma-
chines thermiques des deux premiers principes de la thermodynamique. La
pr´esentation des ces applications refl`ete grossi`erement la chronologie de l’his-
toire industrielle. Elle correspond ´egalement `a l’´evolution (complexit´e) de ces
machines. En cons´equence les chapitres ne sont pas ´equilibr´es : nous n’abor-
dons dans ce document que les machines dont la description `a l’aide des
cycles thermodynamiques ´el´ementaires reste significative. Cette pr´esentation
r´esulte de la lecture de nombreux ouvrages et documents dont la plupart
ne sont pas cit´es dans la bibliographie. En particulier, je me suis largement
inspir´e du polycopi´e du professeur R. Houdart, ainsi que des nombreux do-
cuments accessibles en ligne.
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Bibliographie :
1. G. BRUHAT, Thermodynamique, Edition Masson
2. J.P.LONCHAMP, Thermodynamique et introduction `a la
physique statistique, Edition Eyrolles
3. J.M.SMITH et H.C. VAN HESS, Introduction to chemical
engineering thermodynamics, Edition Mc Graw-Hill
4. J.C. SISSI, Principes de thermodynamique, Edition Mc Graw-
Hill
5. R. VICHNIEVSKY, Thermodynamique appliqu´ee aux machi-
nes, Edition Masson
6. C. LHUILLIER, J. ROUS, Introduction `a la thermodyna-
mique, Edition Dunod
7. F. REIF, Physique statistique, Edition Armand Colin
8. H. GUENOCHE, C. SEDES, Thermodynamique appliqu´ee,
Edition Masson
9. H.LUMBROSO, Thermodynamique , 100 exercices et probl`emes
r´esolus, Edition Mc Graw-Hill
10. J.L. QUEYREL, J. MESPLEDE, Pr´ecis de physique, ther-
modynamique, cours et exercices r´esolus, Edition R´eal
11. A. MOUSSA, P. PONSONNET, Exercices de themodyna-
mique, Edition Andr´e Desvigne
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Table des mati`eres
1 G´en´eralit´es sur les machines thermiques 7
1.1 Les machines alternatives `a combustion externe ........ 7
1.2 Les machines alternatives `a combustion interne ........ 8
1.3 Turbines `a combustion externe .................. 9
1.4 Turbines `a combustion interne .................. 9
2 Moteurs `a combustion interne 11
2.1 Cycle de Lenoir .......................... 11
2.1.1 Description ........................ 11
2.1.2 Calcul des travaux .................... 12
2.1.3 Calcul du rendement ................... 14
2.2 Cycle de Beau de Rochas ..................... 15
2.2.1 Description ........................ 15
2.2.2 Cycle de Beau de Rochas : description ......... 17
2.2.3 Calcul des travaux .................... 19
2.2.4 Calcul du rendement ................... 20
2.3 Cycle de Beau de Rochas `a longue d´etente ........... 24
2.3.1 Description ........................ 24
2.3.2 Calcul des travaux .................... 25
2.3.3 Calcul du rendement ................... 27
2.4 Cycle `a admission partielle .................... 28
2.5 Cycle di´esel ............................ 30
2.5.1 Description ........................ 30
2.5.2 Calcul des travaux .................... 33
2.5.3 Calcul du rendement ................... 33
3 Moteurs `a combustion externe 35
3.1 Le moteur de Stirling : cycle th´eorique ............. 35
3.2 Moteur de Stirling : cycle exp´erimental ............. 38
3.2.1 ´ Etude cin´ematique `a 1 piston .............. 38
3.2.2 Cin´ematique `a 2 pistons ................. 40
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TABLE DES MATI ` ERES
3.2.3 ´ Etude thermodynamique ................. 42
3.2.4 Application num´erique .................. 43
3.2.5 Comparaison avec le cycle de Stirling th´eorique . . . . 45
3.2.6 Calcul du rendement ................... 45
4 Turbines `a vapeur 48
4.1 Le 1 er principe : syst`emes ouverts stationnaires ........ 48
4.2 Turbines `a vapeur ......................... 50
4.2.1 Cycle th´eorique d’une machine `a vapeur : cycle de Ran-
kine ............................ 51
4.3 Cycle de Rankine : bilan ´energ´etique .............. 53
4.4 Cycle de Hirn ........................... 55
4.5 Cycle de Hirn avec resurchauffe ................. 58
4.6 Cycle avec soutirage ....................... 58
4.7 Le cycle supercritique `a vapeur ................. 61
4.8 La cog´en´eration .......................... 61
4.9 Bilan exerg´etique d’un syst`eme ditherme ............ 63
4.10 Rendement exerg´etique du moteur thermique .......... 65
4.11 Rendement exerg´etique d’une turbine .............. 66
4.12 Variation d’exergie d’un syst`eme avec l’ext´erieur : fonction
´energie libre ............................ 66
4.13 Fonction enthalpie libre ..................... 67
4.14 Rendement exerg´etique du moteur thermique .......... 70
4.15 Rendement exerg´etique d’une pompe `a chaleur ......... 72
4.16 Rendement exerg´etique d’une installation de cog´en´eration . . . 74
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