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RÉSUMÉ
L'article est consacré aux nouveaux développements de la thermodynamique phénoménologique irréversible et tout particulièrement de ses applications en sciences de l'ingénieur .Après un court historique, on reconsidère les transferts thermiques ,puis la conversion d'énergie. Des résultats améliorés en résultent en particulier en termes d'efficacité. L'originalité de cet article est dans la proposition étayée d'une thermodynamique optimale en dimensions finies TDPF.
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The proposed paper gives an overview of new appraisal regarding irreversible engineering thermodynamics. After a short historical section, we propose to reexamine the heat transfer through a medium, and the thermo-mechanical conversion of energy. Augmented results are examined particularly from the efficiency point of view.
Originality of the article appears with the justified proposal of the Finite physical Dimensions Optimal Thermodynamics (FDOT).
Auteur(s)
-
Michel FEIDT : Professeur - Université de Lorraine, Nancy, France
INTRODUCTION
La thermodynamique phénoménologique a connu un essor important à l’apparition des machines thermomécaniques : tout le monde a en mémoire le nom de Sadi CARNOT. Mais il s’est agi longtemps de développements en thermodynamique de l’équilibre, avec quelques variantes thermodynamiques longues à murir.
Depuis les années 1980 est apparu un foisonnement de nouvelles tendances en thermodynamique, portant sur l’énergie, sur l’environnement et sur l’économie, bien intégrées dans le monde de l’ingénieur. On note aussi des concepts plus exotiques, voire fondamentaux reliés a l’exergie, l’entropie ou l’efficacité, mais aussi à l’émergie, l’entransie ou la constructalité.
Cet article a pour but de faire le point sur ces concepts plus ou moins récents en proposant au lecteur des pistes d’applications, mais aussi en indiquant les conséquences plus fondamentales en termes d’évolutions à venir. L’objectif principal reste toutefois centré sur le concept d’efficacité et la thermodynamique en dimensions physiques finies TODF (FDOT en anglais)
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KEYWORDS
energy conversion | Carnot engine | thermal insulation
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Exemple d’application de la TODF
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5. Comportement en transitoire (influence du temps)
5.1 Transfert thermique réversible à la source et au puits
On considère ici une machine de CARNOT thermomécanique en contact avec une source d’énergie thermique finie, sous la forme d’une capacité thermique C supposée constante (non fonction de la température) (figure 7). La température initiale de cette capacité est :
Le puits froid est l’environnement, supposé être un thermostat dont la température T 0 reste par définition constante. Les contacts thermiques du moteur sont supposés dans un premier temps parfait au puits alors qu’à la source, il y a une conductance de transfert de chaleur finie KH .
Le moteur de CARNOT est par ailleurs non parfait de sorte qu’a un instant t, il produit de l’entropie interne
(constante ou pas). Cette configuration rappelle le moteur de CHAMBADAL, mais en transitoire. On suppose une fuite thermique entre la source chaude et le puits froid.
On en déduit alors en utilisant les deux principes de la thermodynamique, la puissance instantanée du moteur sous la forme :
( 57 )
Le maximum d’énergie mécanique récupérable ΔW est :
( 58 )
avec la contrainte :
( 59 )
Dans le cas général,...
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Comportement en transitoire (influence du temps)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANDRESEN (B.) - Finite Time Thermodynamics. - Physics Laboratory II. University of Copenhague (1983).
-
(2) - VAUDREY (A.) et al - H.B. REITLINGER and the origins of the efficiency at maximum power formula for heat engines. - Journal of Non Equilibrium Thermodynamics, vol.39 p 199-203 (2014).
-
(3) - CHISACOV (A.) et al - The history of nice radical and its importance in the optimization of mechanical work or power output of reversible and irreversible cycles. - 8e Colloque Francophone en Energie-Environnement-Economie-Thermodynamique, COFRET’16, UPB, Bucarest, Roumanie (ref. S1-24), 29-30 juin 2016.
-
(4) - JOU (D.), CASAS, VASQUEZ (S.), LEBON (G.) - Extended Irreversible Thermodynamics. - Spinger Verlag Berlin (1993).
-
(5) - FEIDT (M.) - Génie Énergétique. - Dunod, Paris, chapitre 11 (2014).
-
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