Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Liste des explorations dirigées

Explorations dirigées du MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur

La liste des explorations dirigées du MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur est donnée ci-dessous.

Pour accéder aux explorations dirigées, vous devez télécharger Thermoptim et son navigateur comme expliqué dans cette page et les installer sur votre machine.

Ensuite, vous chargez l'exploration dirigée qui vous intéresse à partir du menu du navigateur.

MOOC Modéliser et simuler

  • S-M4-V1 : Découverte de Thermoptim

  • S-M3-V7 Exploration d'une centrale à vapeur simple

  • S-M3-V8 Exploration d'une turbine à gaz simple

  • S-M3-V9 Exploration d'une installation de réfrigération

MOOC Cycles Classiques et Innovants

C-M1-V3 Centrale à resurchauffe

C-M1-V5 Centrale à resurchauffe et prélèvement

C-M1-V8 Centrale nucléaire REP

C-M1-V9 Cycle ORC OTEC

C-M2-V2 Turbine à gaz à régénération

C-M2-V3 Turbine à gaz à compression fractionnée

C-M2-V4 Turboréacteurs

C-M2-V5b Moteur à gaz industriel

C-M3-V1 Cycles combinés

C-M3-V2 Cogénération

C-M3-V3 Cycle frigorifique à injection totale

C-M3-V4 Cycle frigorifique à éjecteur et compresseur

C-M4-V1 Centrale solaire à micro-TAG

C-M4-V3 Centrale géothermique à flash

C-M4-V4 Centrale nucléaire à haute température à échangeur intermédiaire

C-M4-V5 Cycle à oxygène Oxyfuel

C-M4-V8 Centrale à vapeur dans le diagramme entropique (T, s)

C-M4-V9 Turbine à gaz dans le diagramme entropique (T, s)

C-M4-V10 Cycle de réfrigération dans le diagramme entropique (T, s)

MOOC Modéliser et simuler

S-M4-V1 : Découverte de Thermoptim

L'objectif de cette exploration est de vous guider dans vos premiers pas d'utilisation de Thermoptim, en vous faisant découvrir les principaux écrans et fonctionnalités associés à un modèle d'installation de réfrigération simple.

Vous découvrirez l'agencement des écrans des points et des transfos, la manière dont ils peuvent être reparamétrés et calculés, les notions d'énergies utiles et payantes permettant de dresser les bilans énergétiques globaux et de déterminer le Coefficient de Performance COP.

Vous visualiserez le cycle dans le diagramme thermodynamique (h, ln(P)).

ED S-M4-V1 : Découverte de Thermoptim

S-M3-V7 Exploration d'une centrale à vapeur simple

L'objectif de cette exploration est de vous guider dans vos premiers pas d'utilisation de Thermoptim, en vous faisant découvrir les principaux écrans et fonctionnalités associés à un modèle de centrale à vapeur simple.

Vous découvrirez comment les écrans des points et des transfos peuvent être paramétrés et calculés, les notions d'énergies utiles et payantes permettant de dresser les bilans énergétiques globaux.

Vous visualiserez les cycles dans le diagramme thermodynamique (h, ln(P)) et vous effectuerez des études de sensibilité du cycle à la température extérieure et à la haute pression.

ED S-M3-V7 Exploration d'une centrale à vapeur simple

S-M3-V8 Exploration d'une turbine à gaz simple

L'objectif de cette exploration est de vous guider dans vos premiers pas d'utilisation de Thermoptim, en vous faisont découvrir les principaux écrans et fonctionnalités associés à un modèle de turbine à gaz simple.

Vous découvrirez l'agencement des écrans des points et des transfos, la manière dont ils peuvent être reparamétrés et calculés, les notions d'énergies utiles et payantes permettant de dresser les bilans énergétiques globaux.

Vous visualiserez les cycles dans le diagramme thermodynamique (h, ln(P)) et vous effectuerez des études de sensibilité du cycle à la température extérieure, la température d'entrée turbine et au taux de compression.

ED S-M3-V8 Exploration d'une turbine à gaz simple

S-M3-V9 Exploration d'une installation de réfrigération

L'objectif de cette exploration est de vous guider dans vos premiers pas d'utilisation de Thermoptim, en vous faisant découvrir les principaux écrans et fonctionnalités associés à un modèle d'installation de réfrigération simple.

Vous découvrirez l'agencement des écrans des points et des transfos, la manière dont ils peuvent être reparamétrés et calculés, les notions d'énergies utiles et payantes permettant de dresser les bilans énergétiques globaux et de déterminer le Coefficient de Performance COP.

Vous visualiserez les cycles dans le diagramme thermodynamique (h, ln(P)) et vous effectuerez des études de sensibilité du cycle à la température extérieure et à la haute pression. Vous analyserez l'intérêt du sous-refroidissement.

ED S-M3-V9 Exploration d'une installation de réfrigération

MOOC Cycles Classiques et Innovants

C-M1-V3 Centrale à resurchauffe

Cette exploration montre comment le cycle simple de la centrale à vapeur peut être amélioré, l'objectif étant de minimiser les irréversibilités.

En pratique, les modifications des cycles élémentaires portent essentiellement :

  • d'une part sur la réduction des différences de température tant avec l'extérieur du système qu'en interne

  • et d'autre part sur le fractionnement des compressions et des détentes

Vous apprendrez comment paramétrer une transfo compression ou détente suivant une loi polytropique.

ED C-M1-V3 Centrale à resurchauffe

C-M1-V5 Centrale à resurchauffe et prélèvement

Le cycle de la centrale à vapeur à resurchauffe permet, en fractionnant la détente, d'améliorer légèrement les performances du cycle simple.

Le second axe d'amélioration des cycles moteurs consiste à réduire les irréversibilités par hétérogénéité de température.

Vous apprendrez comment paramétrer un mélangeur et un diviseur

ED C-M1-V5 Centrale à resurchauffe et prélèvement

C-M1-V8 Centrale nucléaire REP

Une particularité des générateurs de vapeur des centrales nucléaires REP est l'absence de surchauffe initiale.

Une détente complète de la vapeur à partir de cet état conduirait à un titre en vapeur trop faible, ce qui serait à la fois pénalisant sur le plan des performances, et fatal pour la tenue mécanique des aubages des turbines.

La solution retenue consiste, en utilisant un organe particulier appelé séparateur – surchauffeur, à fractionner la détente en prévoyant une resurchauffe à une pression d'environ 11 bar, ce qui permet d'augmenter le rendement et de respecter la contrainte de titre de fin de détente.

Cette exploration montre comment un tel cycle peut être modélisé et paramétré.

Vous apprendrez comment paramétrer un séparateur de phase et un échangeur de chaleur

ED C-M1-V8 Centrale nucléaire REP

C-M1-V9 Cycle ORC OTEC

Les cycles organiques de Rankine sont des variantes des cycles à vapeur d'eau, que l'on utilise lorsque la source chaude à partir de laquelle on souhaite produire de la puissance mécanique est à basse ou moyenne température, ou bien lorsque la puissance installée est faible et que les installations à vapeur ne sont plus économiques.

Cette exploration présente un exemple de cycle ORC destiné à produire de l'électricité à partir du gradient thermique des océans.

Vous apprendrez comment paramétrer un triple échangeur de chaleur et approfondirez la notion de pincement

ED C-M1-V9 Cycle ORC OTEC

C-M2-V2 Turbine à gaz à régénération

L'une des principales pertes d'un cycle de turbine à gaz est le rejet à l'atmosphère des gaz d'échappement qui sortent de la turbine alors qu'ils sont encore à température élevée.

Dans un cycle à régénération, on réchauffe partiellement l'air comprimé avant entrée dans la chambre de combustion, ce qui réduit d'autant la consommation de combustible. Il suffit pour cela d'insérer un échangeur de chaleur entre les gaz d'échappement et l'air comprimé.

Vous apprendrez comment paramétrer une combustion

ED C-M2-V2 Turbine à gaz à régénération

C-M2-V3 Turbine à gaz à compression fractionnée

Cette exploration dirigée, présente un cycle de turbine à gaz à compression fractionnée, qui permet d'améliorer le cycle de base.

ED C-M2-V3 Turbine à gaz à compression fractionnée

C-M2-V4 Turboréacteurs

Cette exploration dirigée présente le cycle d'un turboréacteur à simple flux. Les composants du noyau de Thermoptim ne suffisant pas pour réaliser de tels modèles, pour représenter le diffuseur d'entrée et la tuyère de sortie, il est nécessaire de faire appel à deux classes externes, c'est-à-dire à deux extensions du progiciel.

Vous apprendrez comment paramétrer un diffuseur et une tuyère, et comment équilibrer mécaniquement une turbine avec un compresseur

ED C-M2-V4 Turboréacteurs

C-M2-V5b Moteur à gaz industriel

Cette exploration dirigée présente un moteur à gaz industriel modélisé avec un cycle dit de Beau de Rochas, qui se réduit à quatre évolutions simples représentées sur la figure dans le diagramme de Watt d'un cylindre :

  • une compression adiabatique réversible 4–1

  • une combustion à volume constant 1–2

  • une détente adiabatique réversible 2–3

  • un refroidissement à volume constant 3–4

Un tel modèle n'est pas très précis mais permet de se faire une première idée des performances du moteur.

Vous apprendrez comment paramétrer une compression, une détente et une combustion,en système fermé, et approfondirez la notion de rendement de chambre de combustion.

ED C-M2-V5b Moteur à gaz industriel

C-M3-V1 Cycles combinés

Cette exploration dirigée présente un cycle combiné à un niveau de pression. L'accent est mis sur le paramétrage de l'échangeur interne qui permet de transférer au cycle à vapeur l'enthalpie résiduelle des gaz sortant de la turbine, et qui s'appelle un générateur de vapeur récupérateur ou GVR.

Vous apprendrez comment paramétrer un triple échangeur de chaleur et approfondirez la notion de pincement

ED C-M3-V1 Cycles combinés

C-M3-V2 Cogénération

Cette exploration dirigée, présente une installation de cogénération utilisant le moteur à gaz industriel que nous avons modélisé avec un cycle de Beau de Rochas dans l'exploration dirigée (ED C-M2-V5b).

L'accent est mis sur le calcul des indicateurs caractéristiques des performances du système de cogénération.

Vous apprendrez comment paramétrer un thermocoupleur.

ED C-M3-V2 Cogénération

C-M3-V3 Cycle frigorifique à injection totale

Dès lors qu'il est nécessaire de fractionner une compression, il peut être intéressant de refroidir le fluide entre deux étages. Lorsqu'un cycle frigorifique doit opérer avec un rapport de compression élevé, une variante du cycle de base consiste précisément à faire cela.

Pour pouvoir d'une part assurer en interne le refroidissement des vapeurs sortant du compresseur basse pression, et d'autre part augmenter le palier de vaporisation, il est intéressant de fractionner aussi la détente. Le cycle le plus simple et le plus performant, appelé cycle à injection totale, fait l'objet de cette exploration dirigée.

Vous apprendrez comment paramétrer un séparateur de phase et un mélangeur

ED C-M3-V3 Cycle frigorifique à injection totale

C-M3-V4 Cycle frigorifique à éjecteur et compresseur

Cette exploration présente un cycle frigorifique à éjecteur avec compresseur.

Vous apprendrez comment paramétrer un éjecteur, un séparateur de phase et un mélangeur

ED C-M3-V4 Cycle frigorifique à éjecteur et compresseur

C-M4-V1 Centrale solaire à micro-TAG

Cette exploration présente le cycle d'un concentrateur solaire parabolique à micro-turbine à gaz à régénération : le récepteur solaire à air chaud est disposé en amont de la chambre de combustion d'une micro-turbine à gaz à régénération, réduisant ainsi la consommation de combustible.

Vous apprendrez comment paramétrer un capteur solaire

ED C-M4-V1 Centrale solaire à micro-TAG

C-M4-V3 Centrale géothermique à simple flash

Généralement, on ne dispose au niveau d'un puits géothermique que d'un mélange liquide-vapeur de faible titre (inférieur à 0,5).

Si la pression initiale du fluide est suffisante, il est possible de détendre isenthalpiquement partiellement ce mélange afin d'en vaporiser une partie, qui est alors turbinée, tandis que la fraction liquide est réinjectée.

Cette opération s'appelle effectuer un flash.

Cette exploration présente le modèle d'une centrale géothermique à simple flash.

Vous apprendrez comment paramétrer un flash et un séparateur de phase

ED C-M4-V3 Centrale géothermique à simple flash

C-M4-V4 Centrale nucléaire à haute température à échangeur intermédiaire

Cette exploration présente le modèle d'un cycle nucléaire à haute température mettant en œuvre des turbines à gaz fonctionnant en cycle fermé, et non ouvert comme celles étudiées dans les explorations précédentes.

Elle montre en particulier comment réaliser l'équilibrage d'une turbine avec un compresseur dans Thermoptim.

Vous apprendrez comment équilibrer mécaniquement une turbine avec un compresseur

ED C-M4-V4 Centrale nucléaire à haute température à échangeur intermédiaire

C-M4-V5 Cycle à oxygène Oxyfuel

Réaliser une oxycombustion consiste à remplacer le comburant habituel, à savoir l'air, mélange principalement d'oxygène et d'azote (resp. 21 % et 78 % en volume) par de l'oxygène pur ou un mélange d'oxygène O2 et de dioxyde de carbone CO2. Les techniques d'oxycombustion permettent à la fois d'obtenir des fumées composées presque exclusivement d'eau et de gaz carbonique et de réduire très fortement les émissions d'oxyde d'azote.

Cette exploration présente le modèle d'un cycle à oxycombustion de type OxyFuel.

Vous apprendrez comment paramétrer une batterie à condensation et un thermocoupleur

ED C-M4-V5 Cycle à oxygène Oxyfuel

C-M4-V8 Centrale à vapeur dans le diagramme entropique (T, s)

L'objectif de cette exploration dirigée est de vous faire découvrir le cycle d'une centrale à vapeur dans le diagramme thermodynamique entropique (T, s).

Elle complète l'ED S-M3-V7, où le cycle était présenté, avec des explications sur son paramétrage et sa représentation dans le diagramme (h, ln(P)) des frigoristes.

ED C-M4-V8 Centrale à vapeur dans le diagramme entropique (T, s)

C-M4-V9 Turbine à gaz dans le diagramme entropique (T, s)

L'objectif de cette exploration est de vous faire découvrir le cycle d'une turbine à gaz dans le diagramme thermodynamique entropique (T, s).

Elle complète l'ED S-M3-V8, où le cycle était présenté, avec des explications sur son paramétrage et sa représentation dans le diagramme (h, ln(P)) des frigoristes.

ED C-M4-V9 Turbine à gaz dans le diagramme entropique (T, s)

C-M4-V10 Cycle de réfrigération dans le diagramme entropique (T, s)

L'objectif de cette exploration est de vous faire découvrir le cycle d'une installation de réfrigération dans le diagramme thermodynamique entropique (T, s).

Elle complète l'ED S-M3-V9, où le cycle était présenté, avec des explications sur son paramétrage et sa représentation dans le diagramme (h, ln(P)) des frigoristes.

ED C-M4-V10 Cycle de réfrigération dans le diagramme entropique (T, s)

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