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RÉSUMÉ
La production de froid et (ou) la revalorisation de la chaleur s’appuie pour l’essentiel sur des machines à cycles inverses ou récepteurs. L’épuisement des ressources énergétiques impose de considérer avec attention le potentiel de ces machines .Le présent article est un état de l’art des principes généraux conduisant à la modélisation des machines à cycles inverses. La première approche décrite, qui est classique fait appel à la Thermostatique .La deuxième approche, plus récente, aborde véritablement la Thermodynamique de ces machines. Quelques applications simples sont données pour illustrer l’utilité des notions et concepts introduits .La pleine utilité de ceux-ci transparaît dans les optimisations de conception, puis dans le contrôle –commande des machines qui doit suivre.
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-
Michel FEIDT : Ingénieur physicien de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon - Docteur ès sciences - Professeur à l’université Henri-Poincaré (Nancy)
INTRODUCTION
L‘énergétique comporte deux grandes rubriques selon l’effet utile consi-déré :
-
la production de force motrice ;
-
la production de froid ou la revalorisation de la chaleur.
Dans ce second cas, l’ensemble des cycles utilisés peut être qualifié d’inverse (par opposition aux cycles moteurs ou directs).
On considère ici les principes généraux associés aux machines à cycles inverses. La première approche décrite, très classique, fait appel à la thermostatique.
On montre ensuite comment lier les approches précédentes à la thermociné-tique, pour construire une thermodynamique véritable des machines à cycles inverses. L’application des notions précédentes est illustrée pour les configurations les plus courantes des machines.
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MOTS-CLÉS
Pompe à chaleur Réfrigérateur Valorisation chaude et froide de chaleur Thermodynamique des machines à cylce inverse
VERSIONS
- Version courante de sept. 2016 par Michel FEIDT
DOI (Digital Object Identifier)
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Thermodynamique et transferts dans les machines à cycles inversesArticle inclus dans l'offre
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1. Thermostatique des machines à cycles inverses
Le lecteur pourra se reporter aux articles généraux de Thermodynamique appliquée dans le présent traité [12] [13] [14], pour se remémorer les notions générales de Thermodynamique nécessaires à la modélisation analytique des machines à cycles inverses. En fait, les approches couramment exposées dans la littérature relèvent plus de la Thermostatique que d’une véritable Thermodynamique. En effet, les transformations subies par le fluide frigorigène cyclé sont supposées quasi statiques et réversibles. Le présent paragraphe repart de ces bases pour les étendre graduellement.
Pour la définition des notations utilisées dans cet article, on se reportera au tableau des « Notations et symboles » en début d’article.
1.1 Cycles idéaux
Toute machine thermique fait intervenir deux formes d’énergie : une énergie thermique q, puis une énergie noble qui revêt souvent une forme mécanique w. Ces deux formes de l’énergie sont mises en jeu successivement ou simultanément lors de transformations thermodynamiques imposées à un milieu fluide cyclé. En fait, il y a lieu de distinguer deux types de machines :
-
les machines ouvertes, pour lesquelles le fluide est prélevé sur une ambiance puis, à la fin des transformations, restitué sur cette même ambiance, mais dans un état thermodynamique généralement différent de l’état initial. Pour des raisons de simplification, les modèles correspondants sont souvent développés sur un cycle fermé équivalent, ce qui revient à introduire l’hypothèse d’un état final, très voisin de l’état ambiant pour le fluide ;
-
les machines fermées, travaillant avec un fluide isolé matériellement de l’ambiance et qui, donc, repasse périodiquement par le même point de la machine. Le cycle correspondant est un cycle fermé. C’est ce type de cycle qui est considéré par la suite.
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