La thermodynamique - Turbines à gaz et à vapeur

Thèmes abordés

Sciences - Ingénierie - Industrie, Thermodynamique, turbine à gaz, turbine à vapeur, TGV Turbines Gaz-Vapeur, pression, température, volume, force de contact, force de distance, énergie cinétique, vapeur d'eau, équation de Bernoulli, perte de charge, transformation isobare, transformation isochore, volume constant, pression constante, transformation isotherme, température constante, transformation adiabatique, système thermiquement isolé, transformation isentropique, entropie constante, transformation polytropique, valeur saturée humide, valeur surchauffée, constante de Boltzmann, loi des gaz parfaits, fluide incompressible, énergie interne, enthalpie, diagramme de Clapeyron, chaleur massique, cycle de Carnot, cycle isodiabatique, cycle d'Ericsson, cycle de Stirling, loi de Boyle-Mariotte, loi de Gay-Lussac, loi de Charles, frottement

Résumé du document

Le document est un cours de thermodynamique. TGV est l'abréviation de Turbines Gaz-Vapeur. Turbines est au pluriel parce qu'il y a au moins 2 turbines, une qui fonctionne au gaz et une autre qui fonctionne à la vapeur d'eau.
On fait la distinction entre les variables extensives (v, W, Q, m, ...), qui dépendent de la quantité de matière, et les variables intensives (p, T, ...).

Extraits

[...] La fonction représente donc la capacité de production de travail d'un système. est donc l'énergie totale du système. En partant de l'équation mécanique générale On a que Ou encore En introduisant la relation suivante, on fait apparaître une nouvelle fonction d'état appelée l'énergie interne du système : Et donc représente bien l'énergie totale du système. Équation énergétique fondamentale Le travail des forces exercées sur l'environnement par le fluide est égal à la chaleur échangée moins la variation de l'énergie interne, cinétique et potentielle Équation thermodynamique fondamentale (1[è][re] forme) La somme de la chaleur échangée et du travail des forces internes et externes est égale à la variation de l'énergie interne et l'intégrale des variations pdv Conservation de l'énergie L'énergie d'un système demeure constante s'il n'échange avec le milieu extérieur ni travail, ni chaleur, ni matière. [...]

[...] Le rapport qui est égal à pour les gaz parfaits, varie pour différents états d'un fluide. Sur le diagramme est représentée une évolution isobare avec changement d'état physique d'un kilogramme d'eau Ici on prend uniquement la partie +0°C pour couper ce dont on n'a pas besoin La courbe de vaporisation se trouve entre les états X et K Sous la courbe en cloche se trouve le domaine des vapeurs saturées humides = coexistence de liquide saturé et vapeur saturée sèche. [...]

[...] C'est une transformation idéale pratiquement impossible Transformation à température constante et donc (Boyle-Mariotte) (Gaz parfait) Sur un diagramme l'isotherme est une hyperbole équilatère Sur un diagramme elle est une droite horizontale. ΔU Parce que, selon la loi de Joule, l'enthalpie et l'énergie interne ne dépendent que de la température pour un gaz parfait ∫pdv ΔH ∫vdp ΔS Q Transformation Isentropique Données : On connait toutes les grandeurs physiques et thermiques de l'état initial et on connait uniquement la pression de l'état final. Transformation à entropie constante, comme on considère on a . [...]

[...] Comme chaque configuration de 1 peut se combiner avec chaque configuration de 2 on a : L'entropie est une grandeur extensive et on peut donc dire que Imaginons qu'il existe une relation . Il faudrait qu'elle corresponde à : Et donc comme la relation doit remplir la condition on sait qu'elle est de la forme : démonstration = dériver par rapport à puis . La solution de la différentielle obtenue est la formule. avec qui est la constante de Boltzmann. [...]

[...] On analyse la composition du gaz sec. Par la conservation de la masse, on a que : Étude des évolutions fondamentales ouvertes et SANS frottement Nous allons étudier le cas idéal où un fluide évolue entre deux états différents sans frottements . Ce cas n'est pas applicable dans une turbo-machine où la vitesse de rotation des éléments mécaniques est élevée, par contre l'hypothèse ci-dessus peut être admissible dans le cas des machines alternatives telles que moteurs à combustion interne, compresseurs Attention : Nous parlons ici d'absence de travaux de frottements internes et externes et non des travaux de frottements mécaniques 4 Équations fondamentales de la thermodynamique Équation Si le fluide n'est pas soumis à de grandes variations de vitesse on peut négliger l'effet de L'effet de la pesanteur aussi est généralement négligeable par rapport aux autres termes . [...]