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Jean GOSSE : Professeur de Thermique en vue des applications à l’industrieConservatoire National des Arts et Métiers (CNAM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les grandeurs thermodynamiques d’un fluide gazeux ou liquide sont calculables à partir de son équation p V T. De multiples expressions analytiques permettent de représenter la compressibilité des fluides avec une précision acceptable, mais dans des domaines généralement peu étendus de pression et de température. Le lecteur se reportera aux articles de la rubrique Thermodynamique du traité Sciences fondamentales qui donnent les équations d’état les plus connues. Celles-ci ont des formes analytiques qui contiennent des paramètres dont les valeurs numériques sont déterminées par ajustement avec les essais de compressibilité.
L’eau, qui présente un comportement singulier à l’état liquide autour de 4 oC, a été très étudiée expérimentalement car elle est le vecteur énergétique industriel par excellence. Les autres fluides qui ont fait l’objet d’expérimentations, bien moins denses mais faibles, sont relativement peu nombreux eu égard à la variété offerte par la chimie. On peut s’appuyer sur une trentaine de corps purs pour, à partir des règles de l’analyse dimensionnelle, extrapoler à un fluide quelconque ce qui est commun aux fluides connus appartenant à la même famille.
Il faut donc définir des classes de fluides par leurs caractères moléculaires essentiels. On traitera brièvement des fluides quantiques qui constituent une famille très restreinte, pour porter toute l’attention aux fluides polyatomiques non polaires ou polaires. On montrera à travers des exemples comment exploiter l’approche de Pitzer, améliorée par Lee, Kesler et Wu, dans la résolution de problèmes pratiques. Le texte qui suit illustre une façon de calculer les propriétés thermodynamiques des fluides par une approche facilement utilisable par les ingénieurs.
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- Version archivée 1 de avr. 1957 par Claude ROBERT
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Fluides non polaires. Tables de Lee-KeslerArticle inclus dans l'offre
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4. Paramètres d’interaction. Généralisation de la loi des états correspondants
4.1 Interaction dans une paire de molécules
La théorie rapporte les propriétés physiques d’un fluide à l’analyse de l’interaction des modèles . Il existe différents modèles d’interaction, les plus simples ne faisant apparaître que deux paramètres et, parmi ceux-ci pour les molécules non polaires le modèle de Lennard-Jones s’est montré être bien adapté. On rappelle le potentiel d’interaction 12-6 de Lennard-Jones :
avec :
- r (en Å = 0,1 nm) :
- distance entre deux molécules
- σ (en Å) :
- paramètre de longueur pour lequel ϕ = 0 si r = σ
- ε (en J) :
- paramètre d’énergie ou potentiel minimal.
Les deux paramètres σ et ε , qui ont des valeurs propres à chaque espèce chimique, sont déterminés expérimentalement à partir des mesures de viscosité ou de compressibilité .
On ne s’arrêtera pas ici au cas de molécules quantiques non polaires qui semblent ne pas bien accepter le potentiel 12-6. Cela ne constitue pas une grosse amputation de l’analyse car la famille des corps quantiques est très restreinte en comparaison de la multitude de produits de la chimie. Toutefois, on admet généralement que les tables de Lee-Kesler ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), SHERWOOD (T.K.) - The properties of gases and liquids. - 688 p., bibl. nombreuses réf., New York 3e éd., McGraw Hill (*Δ) (1977).
-
(2) - SVEHLA (R.A.) - Estimated viscosities and thermal conductivities of gases at high temperatures. - 119 p (contient les données ) Technical Report R-132, NASA* (1962).
-
(3) - Propriétés thermodynamiques et propriétés de transport des gaz pour les processus de compression et de détente. - [nbsp ][Répertoire de sources de données (53 p.) qui, principalement, reproduit la table de REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), SHERWOOD (T.K.) - The properties of gases and liquids.688 p., bibl. nombreuses réf., New York 3e éd., McGraw Hill (*Δ) (1977). mais qui est plus facile à compulser], AFNOR FD E 51-300, oct. 1983.
-
(4) - PLANK (R.), RIEDEL (L.) - Ein neues Kriterium für der Verlauf der Dampfdruckurve am kritischen Punkt. - Ing. Arch. (D),16, p. 255-66 (1948).
-
(5) - PITZER (K.S.) - The volumetric and thermodynamic properties of fluids. I. Theoretical basis and virial...
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