Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Énergies mises en jeu dans les transformations

Deuxième module

Le deuxième module introduit des notions de thermodynamique essentielles pour pouvoir modéliser les systèmes énergétiques.

Il montre en particulier comment le premier principe de la thermodynamique permet de calculer simplement les énergies mises en jeu dans les composants étudiés dans le module précédent.

Son volume horaire est d'environ 2 h 30 de travail, dont 40 mn de vidéos. Il correspond à la deuxième semaine du MOOC.

Introduction du module

Introduction

Thème 1 : Compresseurs et turbines

On commence par effectuer une première découverte des performances des compresseurs et des turbines utilisées dans une turbine à gaz.

Performances des compresseurs et des turbines utilisées dans une turbine à gaz

Extrait sur le fonctionnement des compresseurs et turbines d'une turbine à gaz

Remarques

Le travail de compression pour une machine adiabatique réversible traversée par un gaz parfait est donné par la relation ci-contre :

  • Cp est la capacité thermique massique du gaz à pression constante

  • Cv est la capacité thermique massique du gaz à volume constant

  • gamma est égal au rapport Cp/Cv

  • P est la pression

  • les indices a et r sont relatifs aux états du fluide à l'aspiration et au refoulement

  • T est la température exprimée en K

Travail de compression pour un gaz parfait

Cette relation est donnée ici à titre informatif.

Pour ce cours, vous devez simplement retenir que le travail de compression est proportionnel à la température absolue du fluide aspiré, et fonction croissante du rapport de compression.

Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons l'activité suivante :

Thème 2 : Notions de thermodynamique

On introduit dans ce thème les notions de système thermodynamique et d'état, fondamentales pour la suite.

Notions de système et d'état

Extrait sur les notions de système thermodynamique et d'état

Cette page du Guide d'usage pédagogique des ressources du portail Thermoptim-Unit correspond à cette présentation.

Remarques

Les notions de système et d'état seront très souvent utilisées par la suite et il est important que vous les compreniez bien.

Différence entre fonction d'état et fonction de parcours

Une analogie sur la différence entre fonction d'état et fonction de parcours peut être faite avec des déplacements en montagne.

Pour une différence d'altitude donnée, la variation d'énergie potentielle d'un mobile effectuant le parcours est toujours la même car c'est une fonction d'état, tandis que la distance parcourue varie selon le chemin suivi car c'est une fonction de parcours.

Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons les activités suivantes :

Thème 3 : Echanges d'énergie entre un système thermodynamique et l'environnement

Les échanges d'énergie entre un système thermodynamique et son environnement sont étudiés dans ce thème, ce qui permet d'énoncer le premier principe de la thermodynamique en système fermé puis ouvert.

Chaleur et travail, premier principe

Ces deux pages du Guide d'usage pédagogique des ressources du portail Thermoptim-Unit correspondent à cette présentation :

Remarques

Retenez bien qu'en pratique les composants qui interviennent dans les machines thermiques n'échangent de l'énergie avec l'extérieur que sous deux formes, de la chaleur et du travail.

Vous trouverez des explications complémentaires dans les pages du portail Thermoptim-UNIT sur les échanges d'énergie et sur le premier principe de la thermodynamique.

Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons l'activité suivante :

Thème 4 : Application aux quatre fonctions élémentaires

On montre dans ce thème que les quatre grandes fonctions élémentaires identifiées la semaine précédente correspondent à trois évolutions de référence subies par les fluides qui traversent les machines, déclinant chacune un cas particulier d'application du premier principe.

Expression du premier principe pour les composants

Cette page du Guide d'usage pédagogique des ressources du portail Thermoptim-Unit correspond à cette présentation.

Remarques

Retenez bien que, pour les composants qui entrent en jeu dans les machines simples, le premier principe se simplifie, l'enthalpie mise en jeu étant égale soit à la chaleur échangée avec l'extérieur, soit au travail reçu ou fourni.

Si vous souhaitez approfondir l'établissement des bilans enthalpiques, vous pouvez consulter cette page du portail Thermoptim-UNIT.

Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons l'activité suivante :

Thème 5 : Application aux évolutions de référence

L'écriture du premier principe se simplifie pour les différentes évolutions de référence mises en évidence précédemment, comme le montre cette vidéo.

Fonctions élémentaires et évolutions de référence

Cette page du Guide d'usage pédagogique des ressources du portail Thermoptim-Unit correspond à cette présentation.

Remarques

La notion d'évolution de référence sera très souvent utilisée par la suite, notamment pour le tracé des cycles sur diagramme et pour le calcul des transformations subies par les fluides, et il est important que vous la compreniez bien.

Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons les activités suivantes :

Connaissances acquises

Grâce à ce programme, à la fin du module :

  • vous saurez différencier les systèmes fermés et les systèmes ouverts

  • vous serez capables de distinguer les fonctionnalités et les évolutions de référence

  • vous saurez écrire le premier principe de la thermodynamique et utiliser les fonctions h, Q, tau

  • vous serez capables de décrire les trois évolutions de référence mises en jeu

  • et enfin vous saurez les repérer sur les schémas des systèmes énergétiques étudiés

copyright R. Gicquel v2019.2

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