Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Master Conversion des Energies - Université de la Réunion

Ce cours concerne les systèmes énergétiques basés sur la conversion de la chaleur avec un accent particulier sur les principaux types de machines à fluide compressible (compresseurs, moteurs à combustion interne, turbines à gaz, turbines à vapeur, installations frigorifiques, cycles combinés, cogénération). Son objectif est de permettre aux élèves de comprendre les principes de conception de ces systèmes, d'avoir une vision d'ensemble des différentes technologies utilisables pour leur réalisation, et de les familiariser avec les méthodes d'analyse classiques et modernes (diagrammes, progiciels, etc.).

Responsable du Master : B. MOREL

Autres intervenants : M. BENNE, J.J. KADJO 

Pédagogie mise en oeuvre

Pour chaque technologie énergétique présentée, le cours comporte :

  • une analyse thermodynamique de son fonctionnement,

  • la détermination de ses principales caractéristiques, 

  • une description de sa technologie spécifique

  • un ou plusieurs modèles permettant d'en calculer les performances

Une analyse de cet enseignement montre qu'il présente deux principales difficultés :

  • le calcul des propriétés thermodynamiques des corps mis en jeu et leurs évolutions dans les systèmes énergétiques

  • la présentation de l'ensemble des explications relatives au fonctionnement des technologies énergétiques

Pour les dépasser, nous mettons en oeuvre une pédagogie novatrice  qui consiste à recourir :

  • d'une part à un simulateur, Thermoptim, pour effectuer les évaluations quantitatives

  • d'autre part à des modules de formation à distance sonorisés, appelés Diapason pour Diaporamas Pédagogiques Animés et Sonorisés

Le simulateur permet de décharger les élèves de la plupart des difficultés calculatoires, tandis que les modules Diapason leur permettent de travailler à leur rythme, au moment où ils le désirent, de revenir en arrière... tout en ayant à tout moment accès aux explications orales de l'enseignant.

A l'expérience, cette manière d'opérer se révèle beaucoup plus efficace que la formule antérieure en présentiel, même si elle implique la perte du contact direct avec l'enseignant pendant les séances de cours en ligne. C'est pour cela que la présence des élèves est obligatoire pendant les quelques séances en présentiel, et notamment les projets. De plus, les élèves sont encouragés à solliciter l'équipe enseignante par téléphone ou courrier électronique chaque fois qu'ils en ressentent le besoin.

 Ressources pédagogiques fournies

Les ressources pédagogiques mises à la disposition des élèves sont les suivantes :

  • le module Diapason qui apparaît au bas de cette page, donnant accès aux différentes séances sonorisées constituant le cours en ligne proprement dit

  • le simulateur Thermoptim, téléchargeable depuis le serveur de l'Université (voir les instructions fournies par courrier électronique)

  • des extraits des trois tomes du livre "Systèmes Energétiques", téléchargeables depuis les séances Diapason et le portail 

  • l'ensemble des ressources numériques accessibles depuis le présent portail  (voir ses principales  fonctionnalités). Les élèves y trouveront notamment une FAQ et un glossaire des termes communément employés avec Thermoptim

Evaluation des connaissances

Le contrôle des connaissances est effectué sur la base d'un projet auquel sont consacrées environ 8 h, généralement effectué en binôme, et d’un examen oral d'un quart d'heure portant essentiellement sur les notions qui doivent être parfaitement mémorisées et sur la compréhension des principaux concepts, tels qu'ils sont présentés dans les objectifs pédagogiques fixés par les enseignants.

Des annales de questions posées à l'oral sont à la disposition des élèves qui désirent s'entraîner. Elles leur donnent une idée des sujets qui peuvent être abordés.

Connaissances préalables

Le cours demande quelques notions préalables (en principe vues en premier cycle) de thermodynamique, de mécanique et de thermique. Toutefois, lors du premier cours, une séance spécifique de rappels de thermodynamique est prévue pour les élèves qui souhaitent se remémorer les bases nécessaires à la compréhension (il est toutefois  recommandé que cette séance soit étudiée avant le démarrage du cours), et une présentation détaillée des connaissances spécifiques à chaque technologie est effectuée.

Calendrier 2014

Le programme de travail de ce cours est assez chargé, de par la nécessité d'une part de présenter aux élèves l'ensemble des technologies mises en oeuvre dans les systèmes énergétiques, et d'autre part de leur montrer comment les modéliser avec Thermoptim. Les premiers exemples d'utilisation de Thermoptim sont traités en détail, l'élève étant guidé pas à pas. Une fois cet apprentissage réalisé, les modélisations à effectuer deviennent plus difficiles, notamment lors des projets. Pour aider l'élève dans cette tâche, la leçon 9 explique un certain nombre de trucs et astuces qui permettent de dépasser les principales difficultés rencontrées en pratique.

Comme indiqué plus haut, les séances en présentiel sont obligatoires, d'autant plus qu'elles sont peu nombreuses. Pendant les séances de projet, les élèves bénéficient d'un encadrement pour les guider en cas de difficulté.

date

horaire

sujet

Leçon

1

mardi 9 septembre

14 h 00 – 15 h 15

présentiel : introduction, initiation à Thermoptim, puis en ligne : rappels des bases

Intro, rappels

2

S1_3-S_32

15 h 30 – 18 h 15

en ligne : compressions, détentes, exercice turbine à gaz à gaz idéal

1

3

mardi 16 septembre

14 h 00 – 15 h 15

en ligne : combustions, exercice turbine à gaz avec combustion

2

4

S1_3-S_32

15 h 30 – 18 h 15

en ligne : échangeurs de chaleur, bilans exergétiques, exercice, turbine à gaz à régénération

3

5

mardi 23 septembre

14 h 00 – 15 h 15

en ligne : technologie des moteurs alternatifs à combustion interne

4

6

S1_3-S_32

15 h 30 – 18 h 15

en ligne : technologie des moteurs alternatifs à combustion interne

4

7

mardi 30 septembre

14 h 00 – 15 h 15

en ligne : cycles à vapeur, exercice

5

8

S1_3-S_32

15 h 30 – 18 h 15

en ligne : cycles à vapeur à resurchauffe et prélèvement, exercice, bilans exergétiques

6

9

vendredi 10 octobre

14 h 00 – 15 h 15

en ligne : cycles de réfrigération simple, exercice

7

10

S1_3-S_32

15 h 30 – 18 h 15

en ligne : cycle de réfrigération, exercice, bilans exergétiques

8

11

mardi 14 octobre

14 h 00 – 15 h 15

en ligne : trucs et astuces avec Thermoptim

en ligne : technologie des cycles combinés, exercice CC à un niveau de pression

9, 10

12

S1_3-S_32

15 h 30 – 18 h 15

en ligne : installations de cogénération, exercice micro-cogénération

11

13

vendredi 24 octobre

14 h 00 – 15 h 15

en ligne : turbomoteurs et moteurs-fusée

12

14

S1_3-S_32

15 h 30 – 18 h 15

en ligne : conversion thermodynamique des énergies renouvelables

en ligne : introduction aux piles à combustible

13, 14

15

mardi 28 octobre

14h-15h

présentiel : projets, oral d'évaluation

16

S1_3-S_32

15h-16h

présentiel : projets, oral d'évaluation

17

mardi 4 novembre

14h-15h

présentiel : projets, oral d'évaluation

18

S1_3-S_32

15h-16h

présentiel : projets, oral d'évaluation

Master Conversion des Energies - Université de la Réunion

Contenu des leçons

Vous trouverez ci-dessous le contenu des leçons, avec la référence des séances Diapason correspondantes si vous souhaitez y avoir un accès direct via le portail Thermoptim-UNIT

Principes pédagogiques

S01 : Introduction

S07_init : Initiation à Thermoptim

Rappels de thermodynamique

S02 : Formes d'énergie - Premier principe

S03 : Deuxième principe, irréversibilités

S04a : Propriétés des corps, diagrammes usuels

Leçon 1 : Compressions, détentes, exercice 1

S10 : Transfert de chaleur à un fluide

S11 : Thermo compressions détentes

S13 : Techno des turbomachines

S09 : Généralités sur les cycles

S21 : Exo TAG à gaz idéal

Leçon 2 : Combustions, exercice 2, turbine à gaz

S15 : Thermo combustion

S16 : Techno des chaudières et chambres de combustion

S20 : Techno des TAG

S22 : Exo TAG avec combustion

Leçon 3 : Echangeurs de chaleur, bilans exergétiques, exercice 3, turbine à gaz à régénération

S06 : Bilans exergétiques

S18 : Thermo des échangeurs

S19 : Techno des échangeurs

S23 : Exo TAG bilans exergétiques et améliorations

Leçon 4 : Technologie des moteurs alternatifs à combustion interne

S35 : Techno des moteurs à combustion interne

 S36 : Performances des moteurs à combustion interne

S37 : Réduction des émissions de polluants dans les moteurs alternatifs

Leçon 5 : Cycles à vapeur simple, exercice

S25 : Techno des centrales à vapeur

S26 : Exo cycle à vapeur simple

Leçon 6 : Cycles à vapeur à resurchauffe et prélèvement, exercice, bilans exergétiques

S27 : Exo cycle à vapeur à resurchauffe et prélèvement

S28 : Exo bilans exergétiques des cycles à vapeur

Leçon 7 : Cycle de réfrigération simple, exercice

S30 : Techno des machines frigorifiques

S31 : Exo cycle frigo simple

Leçon 8 : Cycle de réfrigération, exercice, bilans exergétiques

S32 : Exo bilans exergétiques cycle frigo

Leçon 9 : Trucs et Astuces avec Thermoptim

S07_trucs : Trucs et astuces pour l'utilisation de Thermoptim

Leçon 10 : Technologie des cycles combinés, exercice cycle combiné à un niveau de pression

S40 : Techno des CC

S41 : Exercice Cycle combiné à un niveau de pression

Leçon 11 : Installations de cogénération, exercice micro-cogénération

S45 : Techno de la cogénération

S46 : Exo cogénération à micro-TAG

Leçon 12: Turbomoteurs et moteurs-fusée

S20_aero : Turbomoteurs et moteurs fusée

Leçon 13: Conversion thermodynamique des énergies renouvelables

ENR01: Energies nouvelles et renouvelables

Leçon 14: Introduction aux piles à combustible

PACO: Introduction aux piles à combustible

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