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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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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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Phénomènes de transfert
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1. De la thermodynamique de l’équilibre à la TODF
1.1 Thermométrie – Calorimétrie
La thermodynamique est une science jeune, qui a fait appel au départ à deux démarches complémentaires concernant l’énergie thermique ou calorifique :
-
la thermométrie ;
-
la calorimétrie.
La thermométrie, ou mesure de la température T, a été reconnue par la suite comme la variable intensive de l’énergie thermique.
La calorimétrie, ou mesure de la quantité de chaleur Q, est par contre la variable associée à l’aspect extensif de l’énergie thermique.
HAUT DE PAGE1.2 Thermodynamique de l’équilibre
Les autres formes d’énergie (mécanique et électrique) étaient connues dès l’antiquité, mais la conversion d’un type d’énergie en un autre type n’est apparue dans toute son importance qu’avec la naissance des machines thermomécaniques et l’essor industriel du XVIIIe siècle (machine de Watt, 1769).
Le développement de la Thermodynamique, en tant que science, n’a pris son essor qu’avec les travaux de CARNOT (1824) dans son fameux mémoire, même si l’approche restera pour d’assez nombreuses années limitée à la Thermodynamique de l’équilibre. Malgré cela, l’étude des machines a pu donner lieu à des approches originales toujours pertinentes aujourd’hui, dont le concept d’exergie Ex. Le concept introduit par GOUY en 1889 puis repris par STODOLA, présente la particularité d’introduire de façon couplée les variables intensive et intensive de la chaleur :
avec :
- T0 :
- température absolue de référence...
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De la thermodynamique de l’équilibre à la TODF
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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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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