Cours intensif de thermodynamique

Leçon 1 • Systèmes, Frontières et Milieu Extérieur

Définit les systèmes ouverts, fermés et isolés avec les types de frontières. Ancre toute analyse énergétique ultérieure à une identification correcte du système.

Leçon 2 • Processus et Cycles Thermodynamiques

Introduit les processus isothermes, isobares, isochores et adiabatiques. La reconnaissance des cycles est un prérequis pour analyser les moteurs thermiques et les systèmes de réfrigération.

Leçon 3 • Équations d'État

Présente la loi des gaz parfaits et introduit les corrections pour les gaz réels. Une prédiction précise des propriétés sous-tend tous les calculs ultérieurs d'énergie et d'entropie.

Leçon 4 • Propriétés Thermodynamiques et État

Distingue les propriétés intensives des propriétés extensives et définit l'état thermodynamique. Fournit le langage des propriétés utilisé dans tous les calculs énergétiques.

Leçon 1 • Interactions de Travail et Travail aux Frontières

Définit la convention de signe du travail et dérive le travail aux frontières pour les processus courants. Les intégrales du travail aux frontières sont utilisées directement dans les problèmes de piston-cylindre et de compresseur.

Leçon 2 • Formes d'Énergie dans les Systèmes

Catégorise l'énergie cinétique, potentielle et interne au sein d'un système. Une comptabilité énergétique correcte prévient les erreurs dans toutes les applications du premier principe.

Leçon 3 • Fondamentaux du Transfert Thermique

Couvre la conduction, la convection et le rayonnement comme mécanismes de transfert thermique. Distingue la chaleur du travail pour éviter une mauvaise application des équations de bilan énergétique.

Leçon 4 • Chaleurs Massiques et Calorimétrie

Définit Cv et Cp et les relie par la relation des gaz parfaits. Les données de chaleur massique permettent le calcul des variations d'énergie interne et d'enthalpie sans utiliser de tables de propriétés complètes.

Leçon 1 • Approximation du Liquide Comprimé

Justifie l'utilisation des propriétés du liquide saturé à la même température pour les liquides comprimés. Cette approximation évite l'utilisation des tables de liquide comprimé lorsque les données ne sont pas disponibles.

Leçon 2 • Diagrammes de Phase et Changement de Phase

Explique les diagrammes P-T et P-v, le point triple et le point critique. La maîtrise des diagrammes de phase est nécessaire pour identifier l'état d'une substance avant de lire les tables de propriétés.

Leçon 3 • États Saturés et Surchauffés

Définit les régions du liquide comprimé, du mélange saturé et de la vapeur surchauffée. Une identification correcte de la région détermine la table de propriétés ou l'équation à utiliser.

Leçon 4 • Propriétés des Mélanges et Titre

Calcule l'énergie interne, l'enthalpie et l'entropie des mélanges humides à l'aide du titre. Les équations des propriétés des mélanges font le pont entre les valeurs des tables de liquide saturé et de vapeur saturée.

Leçon 1 • Efficacité Énergétique et Indices de Performance

Définit le rendement thermique, le rendement mécanique et le rendement isentropique. Ces indices comparent les performances des dispositifs réels aux limites thermodynamiques idéales.

Leçon 2 • Processus Transitoires et à Écoulement Uniforme

Traite les problèmes de remplissage et de vidange où l'état du système change avec le temps. L'hypothèse d'écoulement uniforme simplifie l'analyse transitoire à des bilans énergétiques algébriques.

Leçon 3 • Analyse des Dispositifs en Régime Permanent

Applique l'équation de régime permanent aux tuyères, diffuseurs, turbines et compresseurs. Chaque type de dispositif a des hypothèses simplificatrices qui réduisent l'équation générale.

Leçon 4 • Premier Principe pour les Systèmes Ouverts

Étend le bilan énergétique aux volumes de contrôle avec écoulement de masse. L'équation d'énergie en régime permanent régit les turbines, compresseurs, tuyères et échangeurs de chaleur.

Leçon 1 • Énoncés du Deuxième Principe

Présente les énoncés de Kelvin-Planck et de Clausius et prouve leur équivalence. Les deux énoncés définissent des dispositifs impossibles qui violent le deuxième principe.

Leçon 2 • Cycle de Carnot et Rendement de Carnot

Construit le cycle de Carnot à partir de deux processus isothermes et deux processus adiabatiques. Le rendement de Carnot fixe la limite supérieure pour tout moteur thermique fonctionnant entre deux températures.

Leçon 3 • Processus Réversibles et Irréversibles

Identifie les sources d'irréversibilité, notamment le frottement, le transfert thermique et le mélange. La réversibilité est la référence pour le travail maximal possible.

Leçon 4 • Réservoirs Thermiques et Moteurs Thermiques

Définit les réservoirs thermiques et le moteur thermique fonctionnant entre deux réservoirs. Le concept de réservoir est le fondement de toutes les comparaisons de rendement selon le deuxième principe.

Leçon 1 • Processus et Relations Isentropiques

Dérive les relations isentropiques pour les gaz parfaits et les applique aux turbines et compresseurs. Les relations isentropiques fournissent les conditions de sortie idéales pour les calculs de rendement.

Leçon 2 • L'Entropie comme Propriété Thermodynamique

Dérive l'entropie à partir de l'inégalité de Clausius et l'établit comme une propriété d'état. La nature de fonction d'état de l'entropie permet le calcul le long de tout chemin commode.

Leçon 3 • Variation d'Entropie des Corps Purs

Calcule les variations d'entropie à l'aide de tables de propriétés et des relations T-ds pour les gaz parfaits. Un calcul précis de la variation d'entropie est un prérequis à l'analyse des processus isentropiques.

Leçon 4 • Bilan d'Entropie pour les Systèmes Ouverts

Étend le bilan d'entropie aux volumes de contrôle en régime permanent et transitoire. Le bilan d'entropie des systèmes ouverts identifie l'irréversibilité dans les turbines, compresseurs et mélangeurs.

Leçon 1 • Cycle de Brayton pour Turbines à Gaz

Analyse le cycle de Brayton idéal et réel pour les systèmes de puissance à turbine à gaz. Le rapport de travail de retour distingue les turbines à gaz des cycles à vapeur dans l'analyse des performances.

Leçon 2 • Analyse du Cycle de Rankine

Modélise le cycle de Rankine idéal pour les centrales à vapeur avec quatre dispositifs en régime permanent. Le rendement et le travail net du cycle de Rankine fixent la base de référence pour les performances réelles de l'usine.

Leçon 3 • Modifications du Cycle de Rankine

Couvre les cycles de Rankine avec resurchauffe et régénération qui améliorent le rendement thermique. Les modifications réduisent l'irréversibilité et augmentent la température moyenne d'apport de chaleur.

Leçon 4 • Cycle de Réfrigération à Compression de Vapeur

Modélise le cycle de réfrigération à compression de vapeur standard avec compresseur, condenseur, détendeur et évaporateur. Le calcul du COP et les critères de sélection du frigorigène sont des résultats centraux.

Leçon 5 • Cycles d'Otto et Diesel

Analyse les cycles d'Otto et Diesel selon le modèle à air standard comme modèles pour les moteurs alternatifs. Le rapport de compression et le rapport de découpage régissent le rendement dans chaque cycle respectif.

Leçon 1 • Concept d'Exergie et État de Référence Mort

Définit l'exergie comme le travail utile maximal par rapport à l'environnement de l'état de référence mort. La sélection de l'état de référence mort détermine la référence pour tous les calculs d'exergie dans un système.

Leçon 2 • Analyse Exergétique des Cycles de Puissance

Applique le bilan exergétique aux composants des cycles de Rankine et de Brayton pour localiser les pertes. La cartographie de la destruction d'exergie guide les ingénieurs vers les améliorations de conception ayant le plus d'impact.

Leçon 3 • Rendement selon le Deuxième Principe

Définit le rendement selon le deuxième principe comme la performance réelle divisée par la performance réversible. Le rendement selon le deuxième principe révèle l'efficacité avec laquelle un dispositif utilise son apport d'exergie.

Leçon 4 • Bilan Exergétique pour les Systèmes

Formule le bilan exergétique reliant l'apport d'exergie, la sortie d'exergie et la destruction d'exergie. La destruction d'exergie est égale à la température multipliée par la génération d'entropie, selon le théorème de Gouy-Stodola.