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Généralités sur les convertisseurs d’énergie

Article de référence | Réf : BE8066 v1

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Générateurs thermomécaniques - Réfrigérateurs et pompes à chaleur

Auteur(s) : André LALLEMAND

Date de publication : 10 oct. 2019

Relu et validé le 01 oct. 2020

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Moteurs thermiques - Turbines à gaz et à vapeur. Moteurs à essence et Diesel

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RÉSUMÉ

Les diverses relations entre les coefficients calorimétriques puis les expressions des variations des fonctions d'état sont rappelées et les propriétés des gaz, liquides et vapeurs sont ensuite présentées. Comme l' efficacité des générateur fonctionnant avec un gaz reste faible, la plupart des générateurs utilisent un fluide diphasique liquide-vapeur dont le e fonctionnement et les configurations sont ensuite détaillés. Enfin, une analyse exergétique des cycles des machines frigorifiques et des pompes à chaleur est rend compte de la dégradation de l'énergie.

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ABSTRACT

Thermomechanical generator. Refrigerators and heat pumps

In the first part, the relations between the thermal coefficients and the expressions of the variations of state functions are given. The gases, liquids and vapors properties are presented. In the second part, the generators functioning with a gas are considered. Their weak efficiency is shown. As most generators use a liquid-vapor fluid, their process and their configurations are discussed. Finally, an exergetic analysis of refrigerators and heat pumps cycles is made in the last part.

Auteur(s)

André LALLEMAND : Ingénieur INSA - Docteur ès-sciences physiques - Ex-Professeur des universités - Ex-Directeur du département de génie énergétique de l’INSA, Lyon

INTRODUCTION

Cet article fait suite à l’article [BE 8 064]. Il constitue une application spécifique aux générateurs qui convertissent de l’énergie mécanique (ou électrique) en énergie thermique pour faire du froid ou de la chaleur. En conséquence, il sera fait appel si nécessaire à ce premier article. Dans le premier cas d’applications, on a affaire aux réfrigérateurs ; dans le second, il s’agit des pompes à chaleur.

Cependant, avant de traiter directement de ces machines, il convient de compléter les connaissances générales relatives aux fluides utilisés en tant que fluides thermodynamiques (c’est-à-dire de travail), apparaissant sous leurs trois formes : gazeuse, liquide et diphasique liquide-vapeur. Ce sont donc des informations de base sur la physique de ces fluides qui sont données en premier lieu, avant de présenter les énergies mises en jeu lors de leur compression ou détente. Dans tous les cas, il est nécessaire de connaître les expressions basiques des variations des fonctions d’état de ces fluides. C’est pourquoi, en tout début d’article sont présentées diverses expressions des échanges thermiques entre un système et son environnement.

Le but de l’article n’étant pas de fournir des éléments constructifs des générateurs thermomécaniques, sa présentation est limitée aux aspects généraux et théoriques, c’est-à-dire aux principes de fonctionnement, que ce soit pour les machines fonctionnant strictement avec un gaz (en général de l’air) ou pour les machines, beaucoup plus courantes, utilisant un fluide sous ses trois états et que l’on qualifie de machines à vapeur de fluide frigorigène.

Comme dans le cas de l’article général sur les convertisseurs d’énergie, celui-ci fournit, en dernière partie des éléments d’application de la théorie exergétique aux générateurs.

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MOTS-CLÉS

Cycles thermodynamiques | Exergie | Fonction d'état | Fluide diphasique | Machines frigorifiques

KEYWORDS

thermodynamic cycles | exergy | state function | saturated mixture | refrigerators

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - REFPROP - - Thermodynamic and transport properties database (REFPROP) : Version 10 http://www.nist.gov/srd/refprop
(2) - ASHRAE Handbook - Version informatique - http://www.ashrae.org/technical-resources/ashrae-handbook
(3) - PEREZ (J.-P.), LAGOUTE (C.) - Thermodynamique : fondements et applications. - Dunod, Paris (2001).
(4) - FEIDT (M.) - Énergétique. Concepts et applications. - Dunod, Paris (2006).
(5) - BOREL (L.), FAVRAT (D.) - Thermodynamique et énergétique. De l’énergie à l’exergie. - Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne (2011).
(6) - LALLEMAND (A.) - Phénomènes de transferts. Transferts diffusifs, convectifs, ondulatoires et couplage des phénomènes. - ...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - THERMOPHYSIQUE DES FLUIDES

1.1 - Expressions générales des variations des fonctions d’état classiques pour un fluide monophasique
- Quiz d'entraînement
1.2 - Caractéristiques thermodynamiques des fluides
1.3 - Compressions et détentes des gaz et vapeurs
- Quiz d'entraînement

2 - CYCLES DES GÉNÉRATEURS THERMOMÉCANIQUES

2.1 - Cycles des générateurs à gaz
2.2 - Cycles des générateurs à compression de vapeur
- Quiz d'entraînement

3 - ANALYSE EXERGÉTIQUE

3.1 - Rappels concernant l’exergie
3.2 - Bilan exergétique d’une machine frigorifique
3.3 - Bilan exergétique d’une pompe à chaleur
3.4 - Particularité des analyses énergétiques
- Quiz d'entraînement

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - FICHE DE SYNTHÈSE

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