Présentation
Auteur(s)
-
Michel PLUVIOSE : Professeur honoraire du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM)
-
Christelle PÉRILHON : Maître de conférences - Chaire de turbomachines du CNAM
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Lire l’articleINTRODUCTION
Tout processus énergétique consiste à organiser des transferts de travail et de chaleur et à les réaliser dans des appareils appropriés.
Dans les machines volumétriques, qui sont l’objet de différents articles de ce traité, cet échange d’énergie a lieu par déformations de capacités à l’intérieur desquelles le fluide est provisoirement prisonnier.
Les turbomachines — pompes, ventilateurs, compresseurs et turbines — qui manipulent des débits de fluide plus grands que les machines volumétriques, jouent dans ces conversions d’énergie un rôle important d’échangeur de travail entre le fluide et un organe mécanique dont la partie en mouvement est constituée d’un rotor muni d’ailettes.
Le présent article a pour but de décrire le fonctionnement général des turbomachines et de dégager les principes qui permettront d’analyser les mécanismes de transfert d’énergie.
Le fonctionnement des turbomachines sera commenté à partir d’exemples — une pompe centrifuge et une turbine axiale — qui ouvriront la voie vers des développements ultérieurs.
Les principes de base de mécanique des fluides et de thermodynamique, qui auront à être utilisés dans la suite de l’exposé, seront rappelés.
Cet article constitue la première partie d’une série consacrée aux turbomachines :
Turbomachines – Description – Principes de base [BM 4 280] ;
Turbomachines – Mécanisme de la conversion d’énergie Turbomachines- Mécanisme de la conversion d’énergie ;
Turbomachines – Thermodynamique Turbomachines- Thermodynamique de la conversion d’énergie ;
Turbomachines – Bilan énergétique et applications Turbomachines- Bilan énergétique et applications ;
Turbomachines – Pour en savoir plus .
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VERSIONS
- Version courante de juil. 2017 par Michel PLUVIOSE, Christelle PÉRILHON
DOI (Digital Object Identifier)
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Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques
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Description2. Principes de bases utilisés dans l’étude des turbomachines
On rappelle brièvement ici les principes fondamentaux de mécanique, de mécanique des fluides et de thermodynamique nécessaires pour l’étude des machines transformatrices d’énergie véhiculant des fluides. Ces principes seront approfondis dans les articles, lors de leur utilisation spécifique. On s’attachera essentiellement à rappeler les notions utiles dans le cas des écoulements permanents, hypothèse dont on a discuté précédemment les limites dans son application aux turbomachines.
L’écoulement des fluides gazeux est gouverné par quatre principes de base :
-
principe de conservation de la masse ;
-
principe fondamental de la mécanique ;
-
premier principe de la thermodynamique ;
-
second principe de la thermodynamique.
Ces quatre principes de base et le théorème de l’énergie cinétique constituent les outils principaux permettant l’étude des turbomachines hydrauliques et thermiques.
2.1 Principe de conservation de la masse
Dans un écoulement unidimensionnel pour lequel la répartition des vitesses est uniforme dans chaque section, on montre que l’application du principe de conservation de la masse conduit à l’équation de continuité qui dans le cas particulier d’un écoulement permanent s’écrit :
avec :
- qm :
- débit masse (exprimé en kg/s).
Dans le cas d’un écoulement permanent de liquide ou de fluide pouvant être considéré comme incompressible, donc avec ρ = cte, il vient :
avec :
- qv :
- débit volume (exprimé en m3/s).
2.2 Principe fondamental...
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