Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Ressources scénarisées du MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur - Modéliser et Simuler

Conversion Thermodynamique de la Chaleur est un parcours de deux MOOC qui traitent des systèmes énergétiques permettant soit de convertir de la chaleur en travail mécanique, soit d'extraire de la chaleur à basse température grâce à un apport d'énergie mécanique. Ces technologies sont aussi appelées machines thermiques. La vidéo ci-dessous présente les technologies correspondantes et leurs principaux domaines d'application.

Principales technologies mettant en œuvre la conversion thermodynamique de la chaleur

Mise en situation contextuelle

Dans le MOOC Modéliser et Simuler les apprenants commencent par acquérir les bases de la modélisation des systèmes énergétiques simples (centrales à vapeur, turbines à gaz, machines de réfrigération) afin de savoir en paramétrer les modèles dans le simulateur Thermoptim.

Ils utilisent ensuite ce savoir dans le MOOC Cycles Classiques et Innovants pour étudier les cycles moteurs et récepteurs classiques et les cycles Innovants à faible impact environnemental :

  • Cycles moteurs : moteurs alternatifs à combustion interne à essence, à gaz et diesel, propulsion aéronautique, cycles combinés, installations de cogénération, cycles à énergie solaire, cycles nucléaires à haute température (HTR), énergie thermique des mers, installations de géothermie, cycles à oxycombustion, conversion de la biomasse

  • Cycles récepteurs : pompes à chaleur, cycle de Brayton inverse, cryogénie, cycles à éjecteur

Les pages ci-dessous donnent accès à l'ensemble des ressources scénarisées du MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur - Modéliser et Simuler.

Un support de cours complet est disponible dans le livre Modéliser et simuler les technologies énergétiques - Conversion thermodynamique de la chaleur, publié aux Presses des MINES, collection Les Cours, 2017. Pour des raisons de copyright, il n'est pas possible de le télécharger.

Nous fournissons comme support de cours d'une part quelques extraits résumés de ce livre au format pdf, et d'autre part des liens vers de nombreuses pages du portail Thermoptim-UNIT qui ont été récemment complétées pour cela. Ces pages sont imprimables.

Pédagogie mise en œuvre

Le renouveau de la pédagogie de la thermodynamique appliquée que nous proposons repose sur un déplacement du savoir acquis par les apprenants. La mise en équation des évolutions subies par les fluides est drastiquement réduite par rapport aux cours classiques, les calculs étant effectués par le simulateur Thermoptim sans que les apprenants aient besoin d'en connaître les détails. Ils consacrent en revanche l'essentiel du temps d'une part à l'apprentissage des technologies, et d'autre part à la réflexion sur les architectures des cycles thermodynamiques aussi bien classiques que innovants, analysant graphiquement et paramétrant des modèles des diverses technologies énergétiques.

A partir de l'analyse fonctionnelle des composants des technologies énergétiques et des évolutions de référence suivies par les fluides, les apprenants sont amenés à se familiariser avec les diagrammes thermodynamiques qui constituent un des environnements de travail du simulateur et jouent un rôle fondamental dans l'apprentissage. Dans le cadre de ces MOOC, seul le diagramme (h, ln(P)) dit des frigoristes est utilisé, afin de ne pas alourdir le contenu en faisant appel à l'entropie, qui est un concept difficile à maîtriser et dont on peut très bien se passer. Toutefois, un complément facultatif sur l'entropie est proposé en fin du second MOOC aux apprenants désireux d'acquérir quelques notions à ce sujet.

Le MOOC Modéliser et Simuler se limite à l'étude des cycles simples et introduit également les notions essentielles de thermodynamique de manière contextualisée afin de leur donner du sens et de faciliter ainsi leur compréhension par les apprenants.

L'utilisation du simulateur trouve naturellement sa place dans ce contexte, dès lors que les composants qu'il met en œuvre correspondent précisément aux fonctions qui ont été identifiées précédemment. Les architectures des cycles se construisent en connectant ces composants dans l'éditeur graphique, leur paramétrage s'expliquant très facilement par comparaison aux évolutions de référence. Les cycles peuvent ensuite être visualisés dans les diagrammes couplés au simulateur.

Une fois les cycles simples bien compris, il devient possible d'étudier les cycles plus complexes, ce qui est effectué dans le MOOC Cycles Classiques et Innovants.

Présentation générale du MOOC CTC-MS

Introduction générale

Cette vidéo présente l'ensemble du cours, qui se déroule sur 4 semaines dans sa version MOOC.

Les 4 modules correspondants sont détaillés dans les pages ci-dessous.

copyright R. Gicquel

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