Machines Thermiques-EMSE

Machines thermiques
Eléments de cours
1
289
Olivier Bonnefoy ([email protected])
Année 2014-15
Sommaire
1. Introduction aux machines thermiques
1. Cycles réversibles, cycles réels
2.
Rappels de thermodynamique, diagrammes thermodynamiques
2.
Rappels de thermodynamique, diagrammes thermodynamiques
2. Moteurs thermiques rotatifs (turbomachines)
1. Turbines et pompes hydrauliques
2. Turbine à vapeur et centrale thermique à flamme
3. Turbine à gaz et turbomoteurs/réacteurs
3. Moteurs thermiques alternatifs
1. Moteurs à combustion externe : moteur de Stirling
2. Moteurs à combustion interne
2
289
1. Moteur à Allumage Commandé (moteur essence)
2. Moteur à Allumage par Compression (moteur Diesel)
4. Machines de transfert de chaleur
1. Pompe à chaleur
2. Machines frigorifiques

Sommaire
5. Echangeurs de chaleur monophasiques
1. Quelques exemples d’échangeurs
2.
Approche locale : équations fondamentales de transferts
2.
Approche locale : équations fondamentales de transferts
3. Approche globale : dimensionnement d’échangeurs
4. Efficacité des échangeurs
6. Générateurs de vapeur
Brève introduction aux écoulements diphasiques G/L
7. Une aide à la conception : l’analyse exergétique
1. Définition qualitative de l’exergie
2. Bilan exergétique
3
289
3. Rendements exergétique
Unité n°1
Introduction aux machines thermiques
4
289

Exemples de machines thermiques
Turboréacteur
Injecteur
Moteur à essence
Moteur diesel
Flamme
Moteur rotatif
Turbine à gaz
Tuyère d’éjection
Turboréacteur
5
289
Turbine à gaz
Moteur diesel
Turbine à vapeur
Arc électrique
Tige et piston
Définition
Machine thermique
=
Convertisseur
Puissance
thermique
Puissance
mécanique
↔↔
6
289

MACHINES DE TRANSFERT
DE CHALEUR
Les deux catégories
MOTEURS THERMIQUES
Chaleur HT
→
Travail + chaleur BT
MACHINES THERMIQUES
DE CHALEUR
Travail BT + chaleur →Chaleur HT
Chaleur HT
→
Travail + chaleur BT
Rendement < 1 :
7
289
Coefficient de performance > 1 :
•les machines frigorifiques
(à compression ou à absorption)
•les pompes à chaleur
•des machines à vapeur (locomotives, ...)
•des moteurs à combustion (essence ou diesel)
•des centrales thermiques ou nucléaires
(production d'électricité)
Les moteurs thermiques en deux mots
Energie thermique + environnement froid
Gradient de température
Gradient de masse volumique
Gradient de pression
Mouvement de fluide
8
289
Mouvement de fluide
Prélèvement d’énergie utile (mécanique)

Machines thermiques car flux de chaleur.
• machines monothermes (une seule source) : n’existe pas (car pas de flux)
• machines dithermes (deux sources de chaleur) : le plus courant
•
machines trithermes (trois sources de chaleur) : rare
Vue générale
•
machines trithermes (trois sources de chaleur) : rare
T
Q
Pompe à
chaleur
Moteur
thermique
Machine
frigorifique
Machine
tritherme
Chaud
9
289
Q
2
Q1
W
Environ-
nement
W
W
Q
2
Q1
Q2
Q1
W
Q
2
Q1
Q’2
Q’1
frigorifique
Froid
Modes de combustion
COMBUSTION INTERNE
COMBUSTION EXTERNE
MOTEURS THERMIQUES
COMBUSTION INTERNE
Combustion du fluide qui se détend.
Le système est renouvelé à chaque cycle (circuit
ouvert). Il est en contact avec une seule source de
chaleur (l’atm).
COMBUSTION EXTERNE
Source de chaleur et fluide qui se détend sont
séparés par une paroi conductrice. Le système
(l’air ou l’eau) n’est pas renouvelé; il est recyclé
(circuit fermé). Il y a deux sources de chaleur.
Turbine à gaz Moteur alternatif Moteur rotatif Turbine à vapeur Moteur à air chaud
(= à pistons)
Wankel
10
289
(= à pistons)
Wankel
Moteur à Allumage Commandé Moteur à allumage par compression
(essence) (gazole)
Injection directe Injection indirecte