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1 - NOTIONS DE BASE SUR LA COMBUSTION

2 - MOTEURS À GAZ

3 - INSTALLATIONS MOTRICES À VAPEUR (IMV)

4 - COUPLAGE TAC/IMV – CYCLES COMBINÉS

5 - COGÉNÉRATION

6 - GLOSSAIRE

7 - FICHE DE SYNTHÈSE

Article de référence | Réf : BE8068 v1

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

Auteur(s) : André LALLEMAND

Date de publication : 10 mars 2020

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RÉSUMÉ

La combustion étant à l'origine du fonctionnement de la majorité des moteurs, ses divers aspects chimiques et énergétiques sont tout d'abord abordés. On présente ensuite les cycles thermodynamiques qui sont à la base de la conception des turbines à gaz et turboréacteurs. La modélisation de leur fonctionnement est faite soit en admettant un apport thermique, soit en considérant une combustion dans le foyer de la machine. On analyse également leur comportement exergétique. Après cet exposé du fonctionnement des machines à gaz à flux continu, les moteurs alternatifs, diesels et à allumage commandé, sont décrits et leur fonctionnement est modélisé dans les deux cas : celui d'un apport thermique et celui d’une combustion. Enfin, la modélisation du fonctionnement des installations motrices à vapeur est présentée et des exemples sont donnés. L'article se termine par des considérations relatives aux cycles combinés gaz-vapeur et à la cogénération chaleur-force.

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ABSTRACT

HEAT ENGINES – GAS AND VAPOUR TURBINES, DIESEL AND SPARK-IGNITION ENGINES

The thermodynamic behaviour of power systems based on combustion, is discussed in the paper. Chemical and energy aspects of a combustion process are first presented. Gas turbines and turbojets thermodynamic cycles are analysed by considering either a heat supply, or a combustion in a chamber. An exergy analysis is also performed. After this presentation of the continuous flow devices, reciprocating engines (Diesel and spark-ignition engines) are described and modelled in the two cases of a heat supply or a combustion. Steam power plant modelling is then presented and some examples are given. Combined-cycle and cogeneration power-plants design and operation are also discussed.

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 aux articles [BE 8 064], relatif aux convertisseurs d’énergie en général, et [BE 8 066], qui traite plus spécifiquement des générateurs thermomécaniques (machines frigorifiques et pompes à chaleur). Il présente les applications qui concernent les moteurs thermiques de tous les types : moteurs à flux continu ou moteurs alternatifs, moteurs à gaz ou moteurs à vapeur. Certaines parties de cet article peuvent faire appel à des notions présentées dans les deux articles mentionnés ci-dessus.

Pour leur fonctionnement, la quasi-totalité des moteurs utilisent l’énergie fournie par des combustibles ou carburants. C’est la raison pour laquelle la première partie de l’article est consacrée à un exposé bref, mais suffisant pour la suite de l’article, sur les notions de base de la combustion.

Les machines concernées sont les turbines à gaz ou à combustion, les turboréacteurs, les moteurs Diesel, les moteurs à allumage commandé et les turbines à vapeur associées à une installation de production de vapeur. Cependant, le but de l’article n’étant pas de fournir des informations techniques sur ces machines, seuls les principes de leurs fonctionnements ainsi que les cycles thermodynamiques associés sont détaillés.

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KEYWORDS

combustion   |   calorific value   |   exergy   |   combined cycles   |   cogeneration

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8068


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6. Glossaire

Anergie ; anergy

Complément de l’exergie pour former l’énergie d’un système. Elle est liée directement à l’entropie par son produit avec la température ambiante.

Capacité thermique ; heat capacity

Quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d’un système d’un degré soit à volume constant, soit sous pression constante.

Carburant ; fuel

En général, hydrocarbure liquide ou gazeux utilisé dans une combustion en mélange avec de l’air.

Chaleur latente ; latent heat

Quantité de chaleur qu’absorbe un fluide à température constante soit pour changer d’état physique, soit pour évoluer en pression, soit encore pour changer de volume. Généralement, elle est définie pour l’unité de masse.

Combustion ; combustion

Réaction chimique exothermique entre un carburant et un comburant (air en général).

Convertisseur d’énergie ; energy converter

Système particulier qui permet de transformer un type d’énergie en un autre. Son fonctionnement doit être cyclique et en principe infini.

Convertisseur de Carnot ; Carnot converter

Convertisseur d’énergie thermique particulier qui fonctionne de manière totalement réversible entre deux thermostats (intérieurement et extérieurement dans ses relations avec les thermostats).

Cycle de Joule avec récupérateur de chaleur ; regeneration cycle

Cycle thermodynamique d’une turbine à gaz dans laquelle le fluide sortant du compresseur est préchauffé dans un échangeur thermique par les fumées issues de la turbine.

Énergie interne ; internal energy

Énergie dont disposent les éléments matériels au niveau atomique ou moléculaire. C’est une fonction d’état.

Énergie thermique ; thermal energy

Quantité de chaleur échangée entre le système et son milieu extérieur.

Enthalpie, enthalpie totale ; enthalpy, total enthalpy

Fonction d’état composée de l’énergie interne et du produit pression-volume. Pour l’enthalpie totale, on ajoute les énergies cinétique et potentielle gravifique.

Entropie ; entropy

Fonction d’état qui correspond...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ARQUES (Ph.) -   Moteurs alternatifs à combustion interne.  -  Ellipses, Paris (1999).

  • (2) - FEIDT (M.) -   Énergétique. Concepts et applications.  -  Dunod, Paris (2006).

  • (3) - BOREL (L.) et FAVRAT (D.) -   Thermodynamique et énergétique. De l’énergie à l’exergie.  -  Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne (2011).

  • (4) - LALLEMAND (A.) -   Exercices et problèmes de thermomécanique. Des principes aux applications aux machines.  -  Ellipses, Paris (2011).

  • (5) - LALLEMAND (A.) -   Machines hydrauliques et thermiques. Résumés et problèmes corrigés.  -  Ellipses, Paris (2014).

  • (6) - LALLEMAND (A.) -   Thermomécanique des milieux fluides....

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