Cours de thermodynamique

Leçon 1 • Température et principe zéro

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

Leçon 2 • Systèmes, frontières et environnement

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

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 d'un système.

Leçon 4 • Processus et approximations quasi-statiques

Distingue les processus réversibles, irréversibles et quasi-statiques. Prépare les étudiants à modéliser des processus réels avec des 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 la substance incompressible

Modélise les liquides et les solides comme incompressibles avec une chaleur massique 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 pour les systèmes ouverts aux tuyères, diffuseurs, turbines, compresseurs et échangeurs de chaleur. Développe les compétences de résolution de problèmes pour les 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 stationnaire et transitoire du premier principe pour les systèmes ouverts.

Leçon 3 • Enthalpie et chaleurs massiques

Définit l'enthalpie et la relie au transfert de chaleur à pression constante. Relie les chaleurs massiques 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 des performances réelles 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 ainsi que leur équivalence. Établit pourquoi les machines thermiques et les réfrigérateurs ont des limites de performance fondamentales.

Leçon 3 • Entropie : définition et propriétés

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

Leçon 4 • Cycle de Carnot et machines réversibles

Analyse le cycle de Carnot comme la machine thermique réversible la plus efficace. Dérive le rendement de Carnot comme limite supérieure pour les machines thermiques réelles.

Leçon 1 • Améliorations du cycle de turbine à gaz

Analyse la régénération, le refroidissement intermédiaire et la resurchauffe dans les cycles de Brayton. Quantifie les améliorations du rendement et du rapport de travail de recompression pour chaque modification.

Leçon 2 • Modifications du cycle de Rankine

Introduit les cycles de Rankine avec resurchauffe et régénératif pour améliorer le rendement. Compare quantitativement les gains de performance de chaque modification.

Leçon 3 • Réfrigération par compression de vapeur

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

Leçon 4 • Cycle de Rankine pour les centrales à vapeur

Modélise le cycle de Rankine idéal à l'aide de tables de vapeur et de diagrammes T-s. Calcule le travail net produit et le rendement 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 en fonction du 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 de la combinaison du premier et du deuxième principe. Fournit la base mathématique pour toutes les dérivations de propriétés ultérieures.

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 de principes psychrométriques. Calcule le débit d'eau d'appoint et les indicateurs de performance 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 humide. Établit le cadre des propriétés pour l'analyse des systèmes d'air humide.

Leçon 4 • Diagramme psychrométrique et processus

Lit et applique le diagramme psychrométrique aux processus CVC. Analyse les besoins énergétiques pour le chauffage, le refroidissement, l'humidification et 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 référence à la température nulle. Applique les valeurs d'entropie absolue pour calculer l'entropie de réaction et l'énergie de Gibbs.

Leçon 4 • Équilibre chimique et minimisation de l'énergie 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.