Présentation
RÉSUMÉ
Les propriétés thermodynamiques des corps purs peuvent être représentées graphiquement dans un plan, sous forme de diagramme thermodynamique. Plusieurs systèmes de coordonnées peuvent être choisis, en fonction de l'usage qui est fait de ces diagrammes. Dans cet article, nous fournissons une douzaine d'exemples de diagrammes et montrons comment trois types de cycles peuvent y être représentés.
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The thermodynamic properties of pure substances can be graphically represented in a plane, in the form of thermodynamic charts. Several coordinate systems can be chosen depending on the use made of these diagrams. In this paper, we provide a dozen examples of charts and show how three types of cycle can be plotted in them.
Auteur(s)
-
Renaud GICQUEL : Professeur à l’École des mines de Paris - Directeur du Centre d’énergétique
INTRODUCTION
Cet article fait suite à l’article Diagrammes thermodynamiques- Généralités dans lequel ont été présentées les bases de thermodynamique qui permettent d’établir les diagrammes.
Il est lui-même structuré en trois parties : tout d’abord, sont présentés les principaux types de diagrammes utilisés en pratique ; douze exemples relatifs à quelques fluides courants sont ensuite donnés ; pour terminer, la représentation dans ces diagrammes de deux cycles thermodynamiques de base est expliquée (cycle d’une centrale électrique à vapeur et cycle de réfrigération au R 134a).
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VERSIONS
- Version courante de oct. 2015 par Renaud GICQUEL
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Présentation
Exemples de diagrammes1. Présentation des diagrammes thermodynamiques
1.1 Systèmes de coordonnées
Parmi les nombreux systèmes de coordonnées possibles, nous en retiendrons six :
-
le diagramme de Clapeyron (P, v ) qui donne l’image la plus directe des transformations mécaniques, mais qui est peu utilisable pour l’étude des projets industriels, car il ne permet pas de lire avec précision les grandeurs énergétiques usuelles, notamment l’entropie et l’enthalpie ;
-
le diagramme entropique (T, s ) qui visualise directement les transferts de chaleur réversibles (
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Tds ) et les diverses irréversibilités possibles ; -
le diagramme de Mollier (h, s ) qui n’est qu’une transformation du précédent, destinée à montrer directement les transferts d’énergie en système ouvert, et qui présente l’avantage que l’enthalpie intervient en clair dans les coordonnées et peut donc être lue sans difficulté ;
-
le diagramme (h, ln P ), dit « des frigoristes », avec l’enthalpie en abscisse et la pression en ordonnée (généralement en échelle logarithmique pour couvrir une large gamme de valeurs). Ce diagramme est traditionnellement utilisé dans l’étude des cycles récepteurs (pompes à chaleur ou machines frigorifiques). Son intérêt est d’associer la contrainte mécanique essentielle (P ) des compresseurs à la variable énergétique (h ) ;
-
les diagrammes exergétiques enthalpique (h, ex h) et entropique (s, ex h) qui sont de simples modifications du diagramme de Mollier permettant de visualiser directement les variations d’exergie. Ces diagrammes, où l’exergie est portée en ordonnée, dépendent bien évidemment de la valeur de la température T0 intervenant dans le calcul de ex h . L’abscisse correspond à l’enthalpie dans le premier cas et à l’entropie dans le second.
Tds ) et les diverses irréversibilités possibles ;1.2 Diagramme de Clapeyron
Dans le diagramme de Clapeyron (figures ...
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