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En anglais
RÉSUMÉ
Les diverses relations entre les coefficients calorimétriques puis les expressions des variations des fonctions d'état sont rappelées et les propriétés des gaz, liquides et vapeurs sont ensuite présentées. Comme l' efficacité des générateur fonctionnant avec un gaz reste faible, la plupart des générateurs utilisent un fluide diphasique liquide-vapeur dont le e fonctionnement et les configurations sont ensuite détaillés. Enfin, une analyse exergétique des cycles des machines frigorifiques et des pompes à chaleur est rend compte de la dégradation de l'énergie.
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In the first part, the relations between the thermal coefficients and the expressions of the variations of state functions are given. The gases, liquids and vapors properties are presented. In the second part, the generators functioning with a gas are considered. Their weak efficiency is shown. As most generators use a liquid-vapor fluid, their process and their configurations are discussed. Finally, an exergetic analysis of refrigerators and heat pumps cycles is made in the last part.
Auteur(s)
-
André LALLEMAND : Ingénieur INSA - Docteur ès-sciences physiques - Ex-Professeur des universités - Ex-Directeur du département de génie énergétique de l’INSA, Lyon
INTRODUCTION
Cet article fait suite à l’article [BE 8 064]. Il constitue une application spécifique aux générateurs qui convertissent de l’énergie mécanique (ou électrique) en énergie thermique pour faire du froid ou de la chaleur. En conséquence, il sera fait appel si nécessaire à ce premier article. Dans le premier cas d’applications, on a affaire aux réfrigérateurs ; dans le second, il s’agit des pompes à chaleur.
Cependant, avant de traiter directement de ces machines, il convient de compléter les connaissances générales relatives aux fluides utilisés en tant que fluides thermodynamiques (c’est-à-dire de travail), apparaissant sous leurs trois formes : gazeuse, liquide et diphasique liquide-vapeur. Ce sont donc des informations de base sur la physique de ces fluides qui sont données en premier lieu, avant de présenter les énergies mises en jeu lors de leur compression ou détente. Dans tous les cas, il est nécessaire de connaître les expressions basiques des variations des fonctions d’état de ces fluides. C’est pourquoi, en tout début d’article sont présentées diverses expressions des échanges thermiques entre un système et son environnement.
Le but de l’article n’étant pas de fournir des éléments constructifs des générateurs thermomécaniques, sa présentation est limitée aux aspects généraux et théoriques, c’est-à-dire aux principes de fonctionnement, que ce soit pour les machines fonctionnant strictement avec un gaz (en général de l’air) ou pour les machines, beaucoup plus courantes, utilisant un fluide sous ses trois états et que l’on qualifie de machines à vapeur de fluide frigorigène.
Comme dans le cas de l’article général sur les convertisseurs d’énergie, celui-ci fournit, en dernière partie des éléments d’application de la théorie exergétique aux générateurs.
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KEYWORDS
thermodynamic cycles | exergy | state function | saturated mixture | refrigerators
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Fiche de synthèse
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5. Glossaire
Anergie ; anergy
Complément de l’exergie pour former l’énergie d’un système. Elle est liée directement à l’entropie par son produit avec la température ambiante.
Capacité thermique ; heat capacity
Possibilité qu’a un système à emmagasiner une certaine quantité de chaleur soit à volume constant, soit sous pression constante.
Chaleur latente ; latent heat
Quantité de chaleur qu’absorbe un fluide à température constante soit pour changer d’état physique, soit pour évoluer en pression, soit encore pour changer de volume. Généralement, elle est définie pour l’unité de masse.
Coefficient de performance ; coefficient of performance
Pour un générateur thermique, rapport entre la chaleur, fournie au puits chaud dans le cas d’une pompe à chaleur, ou reçue de la source froide dans le cas d’une machine frigorifique, et l’énergie utilisée.
Convertisseur d’énergie ; energy converter
Système particulier qui permet de transformer un type d’énergie en un autre. Son fonctionnement doit être cyclique et en principe infini.
Convertisseur de Carnot ; Carnot converter
Convertisseur d’énergie thermique particulier qui fonctionne de manière totalement réversible entre deux thermostats (intérieurement et extérieurement dans ses relations avec les thermostats).
Énergie interne ; internal energy
Énergie dont disposent les éléments matériels au niveau atomique ou moléculaire. C’est une fonction d’état.
Énergie thermique ; thermal energy
En thermodynamique, quantité de chaleur échangée entre le système et son milieu extérieur.
Enthalpie, enthalpie totale ; enthalpy, total enthalpy
Fonction d’état composée de l’énergie interne et du produit pression-volume. Pour l’enthalpie totale, on ajoute les énergies cinétique et potentielle gravifique.
Entropie ; entropy
Fonction d’état qui correspond à la variable extensive liée à l’énergie thermique. L’entropie accompagne l’énergie thermique dans les transferts de chaleur. Elle est « créable » (lors de toutes les transformations irréversibles) et non destructive.
...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - REFPROP - - Thermodynamic and transport properties database (REFPROP) : Version 10 http://www.nist.gov/srd/refprop
-
(2) - ASHRAE Handbook - Version informatique - http://www.ashrae.org/technical-resources/ashrae-handbook
-
(3) - PEREZ (J.-P.), LAGOUTE (C.) - Thermodynamique : fondements et applications. - Dunod, Paris (2001).
-
(4) - FEIDT (M.) - Énergétique. Concepts et applications. - Dunod, Paris (2006).
-
(5) - BOREL (L.), FAVRAT (D.) - Thermodynamique et énergétique. De l’énergie à l’exergie. - Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne (2011).
-
(6) - LALLEMAND (A.) - Phénomènes de transferts. Transferts diffusifs, convectifs, ondulatoires et couplage des phénomènes. - ...
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