Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

6 Application aux quatre fonctions élémentaires identifiées précédemment

Nous allons montrer dans cette section que la variation d'enthalpie du fluide qui les traverse suffit pour déterminer l'énergie mise en jeu dans ces quatre transformations élémentaires.

6.1 Compressions et détentes avec travail

Les détentes peuvent être effectuées avec et sans travail. Dans le premier cas, la machine la plus généralement utilisée est la turbine. Dans le second cas, il s'agit d'une simple vanne ou d'un filtre, dont l'étude est faite section 6.2.

Les machines réalisant la compression ou la détente d'un fluide ont une conception très compacte pour des raisons de poids, d'encombrement et de coût. Pour les mêmes raisons, elles tournent très vite (plusieurs milliers de tours par minute). Chaque parcelle de fluide y séjourne très peu de temps.

Par ailleurs, les fluides mis en jeu dans les compresseurs et turbines sont très souvent des gaz dont les coefficients d'échange thermique ont des valeurs faibles.

Les courts temps de séjour, les petites surfaces de contact fluide-paroi, et les faibles coefficients d'échange font que l'échange de chaleur est minime et que le fonctionnement de ces machines est pratiquement adiabatique : Q = 0.

Dans une machine adiabatique de compression ou détente, le travail utile[1]  est donc égal à la variation d'enthalpie du fluide .

6.2 Détentes sans travail : vannes, filtres

Il existe une classe d'appareils, comme le détendeur de la machine de réfrigération, où et Q sont nuls tous les deux, ainsi donc que : ce sont les détendeurs statiques tels que vannes, filtres... La transformation correspondante s'appelle un laminage isenthalpique.

6.3 Echanges de chaleur

Les composants appelés à transférer de la chaleur d'un fluide à un autre nécessitent de grandes surfaces d'échange, les flux thermiques leur étant proportionnels. Des considérations techniques et économiques amènent à adopter des dispositifs purement statiques. Par exemple, de grands faisceaux de tubes en parallèle, parcourus intérieurement par un fluide pendant que l'autre circule à l'extérieur.

est alors nul en raison de l'absence de parois mobiles.

Lors d'un échange de chaleur, la chaleur Q cédée ou fournie par un fluide à l'autre est donc égale à sa variation d'enthalpie .

6.4 Chambres de combustion, chaudières

Dans une chambre de combustion ou une chaudière, il n'y a pas non plus de parois mobiles, et = 0.

La chaleur Q cédée au fluide qui la traverse est égale à sa variation d'enthalpie .

  1. Travail utile

    On appelle travail utile le travail des forces de pression sur les parois mobiles d'une machine fonctionnant en système ouvert

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