Thermodynamique et énergétique [ LMECA1855 ]

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• Compression, détente des gaz
• Thermodynamique des vapeurs et de l'air humide
• Combustibles, transfert de chaleur
• Cycles de Brayton, Rankine, combinés
• Machines frigorifiques
• Turbines à gaz
• Introduction en combustion
• Introduction aux échangeurs de chaleur

Eu égard au référentiel AA du programme "Master ingénieur civil mécaniciens", ce cours contribue au développement, à l'acquisition et à l'évaluation des acquis d'apprentssage suivants:

• AA1.1, AA1.2, AA1.3
• AA2.1, AA2.2, AA2.5
• AA3.2, AA3.3
• AA5.1, AA5.5, AA5.6
• AA6.1, AA6.4

En se fondant sur les connaissances scientifiques de base acquises en chimie-physique et thermodynamique fondamentale de candidature, le cours entend initier aux principales applications de la thermodynamique technique. Il entend également fournir des bases opérationnelles au calcul thermodynamique d'une part, à l'évaluation des systèmes énergétiques d'autre part.

Examen écrit qui consiste en des questions théoriques et d'exercices.

Les séances de travaux pratiques constituentune grande partie de l'enseignement. La présence régulière de chacun y est donc requise

• Les fondements de la thermodynamique technique : équations du travail moteur, gaz idéal, propriétés des systèmes gazeux, diagramme entropique, transformations simples. Irréversibilités, travaux de frottement répartis, pertes de charge singulières.
• Compression et détente : étude énergétique, rendements isentropique et polytropique, compresseurs, ventilateurs, turbines, machines axiales et radiales, courbes caractéristiques d'une turbomachine, d'un circuit, compresseurs à refroidissements intermédiaires.
• La thermodynamique des vapeurs : changement de phase, calcul des variables d'état, titre, diagrammes et tables thermodynamiques.
• L'air humide : formalisme particulier de caractérisation de l'air humide, diagramme de Mollier, température limite de refroidissement de l'eau au contact de l'air humide.
• Les combustibles :grandeurs caractéristiques des combustibles et des produits de combustion, propriétés d'utilisation des principaux combustibles, caractérisation de la combustion, chaudières et brûleurs, rendement d'une chaudière, d'un four.
• Les échangeurs de chaleur : loi de Fourier, coefficient de convection, coefficient global de transmission de la chaleur à travers une paroi, échangeurs tubulaires à courants parallèles et à contre-courant, efficacité des échangeurs de chaleur.
• Les turbines à gaz : calcul du cycle thermodynamique, optimisation, applications statiques.
• Les installations motrices à vapeur : cycle de Rankine-Hirn, cycle à resurchauffe, cycle à soutirages, rendement total, principaux équipements des centrales à combustibles fossiles, particularités thermodynamiques des cycles de centrales nucléaires, principaux équipements des centrales nucléaires. Les surgénérateurs.
• Les cycles combinés gaz-vapeur.
• Les machines frigorifiques : cycle simple, critères de choix du fluide thermodynamique, cycle à double compression et double détente, cycles en cascade. La pompe à chaleur.
• Travaux pratiques : ils comportent des séances d'exercices, deux laboratoires (compresseur d'air, pompe), un exercice-projet (novembre) relatif à une installation ou une situation familières, à choisir parmi quelques suggestions et à effectuer par groupes de 2 ou 3 étudiants.
• Méthodes : Privilégier, conjointement, la compréhension de la physique des phénomènes et l'initiation (sommaire, à la fois descriptive et technologique) aux machines permettant la mise en oeuvre des transformations thermodynamiques.

• M. J. Moran, H.N. Shapiro : Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John Wiley, 1995.

Notes de cours disponibles au SICI et sur le site i-campus du cours