Présentation
EnglishRÉSUMÉ
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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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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1. Thermophysique des fluides
1.1 Expressions générales des variations des fonctions d’état classiques pour un fluide monophasique
1.1.1 Échanges de chaleur entre un fluide et son milieu extérieur – Coefficients calorimétriques
1.1.1.1 Diverses expressions de l’échange de chaleur
L’état d’équilibre d’un système dépend d’un certain nombre de variables indépendantes. Pour un système homogène, tel qu’un fluide monophasique, ce nombre se réduit à deux. Le choix de ces variables d’état indépendantes est généralement guidé par des considérations pratiques.
Ainsi, pour un fluide monophasique, comme toutes les fonctions et variables d’état, l’entropie S dépend de deux variables indépendantes. On peut choisir différents couples de variables et écrire :
soit, pour des évolutions élémentaires :
ou encore :
Alors,...
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Thermophysique des fluides
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. - Ellipses,...
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