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RÉSUMÉ
Les performances des turbines à gaz ont grandement évoluées ces dernières décennies, notamment l’accroissement du rendement de conversion énergétique, dû essentiellement à l’apparition du cycle combiné gaz-vapeur. Cet article présente une modélisation simple du système, à la fois sur le plan thermodynamique et sur le plan des transferts thermiques. Cette approche permet de quantifier les incidences de l’augmentation de température d’une part, du refroidissement d’autre part, sur l’efficacité de ces moteurs thermiques.
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Bruno FACCHINI : Professeur à l’Université de Florence
INTRODUCTION
L’évolution des performances des turbines à gaz a été exceptionnelle au cours des vingt dernières années. L’emploi des turbines à gaz comme propulseur aéronautique, de plus en plus massif à partir des années 1950, a été accompagné d’un emploi industriel en croissance à partir des années 1980, quand l’avènement du cycle combiné gaz-vapeur a permis un important accroissement du rendement de conversion énergétique des machines thermiques classiques électrogènes.
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Évolution des turbines à gaz
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2. Influence du refroidissement sur le cycle de Joule-Brayton
L’objet du présent paragraphe et des paragraphes suivants est de présenter une modélisation simple du système, à la fois sur le plan thermodynamique et sur le plan des transferts thermiques, qui permette de pouvoir chiffrer les incidences de l’augmentation de température d’une part, du refroidissement d’autre part, sur l’efficacité de ces moteurs et ceci selon les différents systèmes de refroidissement utilisés.
2.1 Modification du cycle thermodynamique de base et modélisation simplifiée
Le cycle thermodynamique de Joule-Brayton (figure 1) est généralement utilisé comme référence pour le calcul des performances d’une turbine à gaz. En effet, la correspondance entre le comportement réel de l’installation et ce cycle thermodynamique est particulièrement satisfaisante. Les expressions des rendements η et du travail massique Lu pour ce cycle idéal sont faciles à déterminer et dépendent seulement de quelques paramètres comme le rapport de compression β, la température maximale adimensionnée τ et des paramètres relatifs à la nature du fluide comme le coefficient isentropique et la capacité thermique massique. Les relations [1] et [2] donnent ces éléments traduits sur la figure 2 :
avec :
- ηid :
- rendement...
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Influence du refroidissement sur le cycle de Joule-Brayton
BIBLIOGRAPHIE
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(5) - NOMOTO (H.), FUKUYAMA (Y.), SHIBUYA (S.), SATO (M.) et al - The Advanced Cooling Technology for the 1 500 oC Class Gas Turbines – The Steam Cooled Vanes and The Air Cooled Blades. - ASME Paper 96-GT-16 (1996).
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(6) - SHAPIRO (A.H.) - The Dynamics...
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