Cours de thermodynamique

Leçon 1 • Température et loi zéro

Explique l'équilibre thermique et la loi zéro comme fondement de la mesure de la température. Établit les échelles de température utilisées dans les calculs d'ingénierie.

Leçon 2 • Systèmes, frontières et milieux environnants

Définit les systèmes ouverts, fermés et isolés avec leurs frontières. Fournit le cadre de classification utilisé dans toute analyse thermodynamique subséquente.

Leçon 3 • Propriétés thermodynamiques et état

Introduit les propriétés intensives et extensives ainsi que le concept d'état thermodynamique. Lie la mesure des propriétés à la caractérisation du système.

Leçon 4 • Processus et approximations quasi-statiques

Distingue les processus réversibles, irréversibles et quasi-statiques. Prépare les étudiants à modéliser des processus réels à l'aide d'approximations idéalisées.

Leçon 1 • Modèles de gaz réels

Introduit les approches de van der Waals et du facteur de compressibilité pour les gaz non idéaux. Quantifie les écarts par rapport au comportement idéal à haute pression ou basse température.

Leçon 2 • Tables de vapeur et recherche de propriétés

Enseigne l'utilisation systématique des tables de vapeur saturée et surchauffée. Relie les données tabulées aux calculs d'ingénierie réels pour l'eau et la vapeur.

Leçon 3 • Approximation de substance incompressible

Modélise les liquides et les solides comme incompressibles avec une chaleur spécifique constante. Simplifie l'évaluation des propriétés pour les systèmes en phase liquide et en phase solide.

Leçon 4 • Loi des gaz parfaits et sa dérivation

Dérive la loi des gaz parfaits à partir de la théorie cinétique et des lois de Boyle et Charles. Établit le modèle de base pour les calculs en phase gazeuse.

Leçon 1 • Applications aux dispositifs d'ingénierie

Applique le premier principe en système ouvert aux tuyères, diffuseurs, turbines, compresseurs et échangeurs de chaleur. Développe les compétences de résolution de problèmes pour des composants d'ingénierie courants.

Leçon 2 • Premier principe pour les systèmes ouverts

Étend le bilan énergétique aux volumes de contrôle avec écoulement massique. Introduit les formes en régime permanent et transitoire du premier principe en système ouvert.

Leçon 3 • Enthalpie et chaleurs spécifiques

Définit l'enthalpie et la relie au transfert de chaleur à pression constante. Relie les chaleurs spécifiques à volume et à pression constants à l'énergie interne et à l'enthalpie.

Leçon 4 • Premier principe pour les systèmes fermés

Applique le bilan énergétique du premier principe à des systèmes de masse fixe subissant divers processus. Dérive les expressions du travail de frontière et de la variation d'énergie interne.

Leçon 1 • Efficacité isentropique des dispositifs

Définit l'efficacité isentropique pour les turbines, les compresseurs et les tuyères. Permet la comparaison du rendement réel d'un dispositif par rapport à la référence isentropique idéale.

Leçon 2 • Énoncés et implications du deuxième principe

Présente les énoncés de Kelvin-Planck et de Clausius et leur équivalence. Établit pourquoi les moteurs thermiques et les réfrigérateurs ont des limites fondamentales de rendement.

Leçon 3 • Entropie : définition et propriétés

Définit l'entropie via l'inégalité de Clausius et le transfert de chaleur réversible. Établit l'entropie comme propriété d'état et introduit le diagramme T-s.

Leçon 4 • Cycle de Carnot et moteurs réversibles

Analyse le cycle de Carnot comme le moteur thermique réversible le plus efficace. Dérive l'efficacité de Carnot comme limite supérieure pour les moteurs thermiques réels.

Leçon 1 • Améliorations du cycle de turbine à gaz

Analyse la régénération, le refroidissement intermédiaire et le réchauffage dans les cycles de Brayton. Quantifie les améliorations de l'efficacité et du rapport de travail de recompression pour chaque modification.

Leçon 2 • Modifications du cycle de Rankine

Introduit les cycles de Rankine avec réchauffage et régénération pour améliorer l'efficacité. Compare quantitativement les gains de rendement de chaque modification.

Leçon 3 • Réfrigération par compression de vapeur

Modélise le cycle de réfrigération idéal par compression de vapeur et ses composants. Calcule le COP et la capacité de refroidissement à l'aide des tables de propriétés des frigorigènes.

Leçon 4 • Cycle de Rankine pour la production d'électricité à la vapeur

Modélise le cycle de Rankine idéal à l'aide de tables de vapeur et de diagrammes T-s. Calcule le travail net fourni et l'efficacité thermique pour les centrales à vapeur.

Leçon 1 • Fonctions d'écart et propriétés résiduelles

Introduit les fonctions d'écart pour corriger les propriétés des gaz parfaits pour le comportement des gaz réels. Applique des corrélations généralisées aux calculs d'écart d'enthalpie et d'entropie.

Leçon 2 • Équations de Clapeyron et de Clausius-Clapeyron

Dérive l'équation de Clapeyron pour les pentes d'équilibre de phase sur les diagrammes P-T. Applique l'approximation de Clausius-Clapeyron à l'estimation de la pression de vapeur.

Leçon 3 • Coefficient Joule-Thomson et inversion

Dérive le coefficient Joule-Thomson à partir des relations fondamentales et des équations d'état. Identifie les courbes d'inversion pertinentes pour les processus de liquéfaction des gaz.

Leçon 4 • Relations fondamentales entre propriétés

Dérive les quatre relations fondamentales à partir des premier et deuxième principes combinés. Fournit la base mathématique pour toutes les dérivations de propriétés subséquentes.

Leçon 1 • Entropie et enthalpie de mélange

Calcule l'entropie de mélange pour les mélanges de gaz parfaits et identifie l'irréversibilité. Relie l'entropie de mélange au paradoxe de Gibbs et au comportement des mélanges réels.

Leçon 2 • Tours de refroidissement et refroidissement évaporatif

Modélise les bilans de masse et d'énergie pour les tours de refroidissement à l'aide des principes psychrométriques. Calcule le débit d'eau d'appoint et les paramètres de rendement de la tour.

Leçon 3 • Propriétés psychrométriques de l'air humide

Définit le rapport d'humidité, l'humidité relative, le point de rosée et la température du bulbe humide. Établit le cadre de propriétés pour l'analyse des systèmes d'air humide.

Leçon 4 • Diagramme psychrométrique et processus

Lit et applique le diagramme psychrométrique aux processus de CVC. Analyse les besoins énergétiques du chauffage, du refroidissement, de l'humidification et de la déshumidification.

Leçon 1 • Stœchiométrie et réactions de combustion

Équilibre les réactions de combustion pour les carburants courants avec l'air et l'oxygène. Définit l'air théorique, l'excès d'air et le rapport d'équivalence pour la caractérisation du mélange.

Leçon 2 • Température de flamme adiabatique

Calcule la température de flamme adiabatique en utilisant le bilan énergétique de la chambre de combustion. Évalue l'effet de l'excès d'air et du type de carburant sur la température de flamme.

Leçon 3 • Troisième principe et entropie absolue

Énonce le troisième principe et définit l'entropie absolue par rapport à la température zéro. Applique les valeurs d'entropie absolue pour calculer l'entropie de réaction et l'énergie de Gibbs.

Leçon 4 • Équilibre chimique et minimisation de Gibbs

Dérive les conditions d'équilibre à partir de la minimisation de l'énergie libre de Gibbs. Calcule les constantes d'équilibre et la composition pour les réactions en phase gazeuse.