Conversion chaleur-énergie mécanique-Principes et applications industrielles 2eme édition 2018 (PDF)

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À propos du livre

Auteur(s) : Jacques Woillez
Éditeur(s) : Lavoisier
Édition : 2018
Language : Français
Couverture : PDF
Poids du fichier : 4 Mo
Nb. de pages : 337

L'objectif de cet ouvrage est d'examiner, tant d'un point de vue théorique que pratique, la question de la conversion de la chaleur en mouvement mécanique. Il s'agit de déterminer les meilleurs rendements de conversion que l'on peut attendre des technologies actuelles et de comprendre les raisons de leurs limites. L'ouvrage intègre l'apport récent de l'énergie solaire thermique pour montrer comment cette source de chaleur inépuisable peut contribuer à améliorer l'efficacité énergétique.

Ce livre de synthèse guide le lecteur depuis les fondements de la thermique, de la thermodynamique et de la mécanique des fluides jusqu'à l'explication pratique du fonctionnement des machines, telles que les turbines et les moteurs, qui permettent la production d'énergie mécanique et électrique.

Agrémenté de nombreuses figures et illustrations pour faciliter sa compréhension, cet ouvrage s'adresse aux étudiants pour introduire les problèmes de l'énergétique thermique et aux professionnels de l'ingénierie des centrales de production d'électricité qui cherchent à optimiser la conception et le fonctionnement de leurs installations.

Au sommaire

Préface  
Avant-propos  
Sigles et abréviations  
Chapitre 1 Notions de base
1. Premier principe de la thermodynamique  
1.1. Définition de la pression
1.2. Équation d’état d’un fluide parfait  
1.3. Premier principe, définition de l’enthalpie
2. Principaux fluides rencontres dans les systèmes de conversion chaleur-travail  
2.1. Eau et vapeur d’eau
2.1.1. Propriétés physiques à l’état liquide  
2.1.2. Pression de vapeur saturante de l’eau
2.1.3. Capacité calorifique et chaleur latente de l’eau  
2.1.4. Enthalpie de la vapeur
2.1.5. Oxygène et gaz carbonique dissous
2.2. Air  
2.2.1. Caractérisation de l’air sec
2.2.2. Caractéristiques de l’air humide  
2.2.3. Enthalpie de l’air humide
2.3. Autres fluides caloporteurs
2.3.1. Huiles thermiques  
2.3.2. Fluides organiques  
2.3.3. Sels fondus  
3. Deuxième principe de la thermodynamique  
3.1. Définition  
3.2. Entropie de la vapeur
3.3. Entropie de l’air  
4. Principales transformations thermodynamiques  
4.1. Diagrammes d’état  
4.2. Compressions et détentes  
4.2.1. Compression et détente isothermes  
4.2.2. Compression et détente adiabatiques  
4.2.3. Puissance mécanique d’un compresseur ou d’un ventilateur
4.2.4. Puissance mécanique d’une pompe  
4.2.5. Détente isentropique dans les turbines  
4.2.6. Laminage  
4.3. Réchauffages et refroidissements
4.3.1. Chauffage ou refroidissement sans changement de phase
4.3.2. Chauffage ou refroidissement avec évaporation ou condensation de l’eau  
4.3.3. Chauffage ou refroidissement de l’air humide
4.3.4. Désurchauffe de la vapeur
4.3.5. Production d’eau froide par pulvérisation dans l’air
4.3.6. Réchauffage d’eau par injection directe de vapeur
5. Cycles thermodynamiques  
5.1. Représentation
5.2. Cycle et théorème de Carnot  
5.3. Autres cycles parfaits  
5.4. Irreversibilités  
5.5. Notion d’exergie  
6. Principales équations du mouvement des fluides  
6.1. Champ de vitesse d’un fluide en mouvement  
6.2. Conservation de la masse  
6.3. Théorème des quantités de mouvement  
6.4. Équation de Bernoulli  
6.4.1. Fluides parfaits  
6.4.2. Fluides réels  
6.4.3. Pertes de charge  
6.4.4. Notions sur la turbulence
6.5. Fluides compressibles  
6.5.1. Équations du mouvement  
6.5.2. Régime critique et blocage du débit  
6.5.3. Limite de comportement incompressible  
7. Fonctionnement des machines axiales 74
7.1. Principe général de fonctionnement
7.2. Théorème des quantités de mouvement appliqué aux machines axiales  
7.3. Degré de réaction des turbines  
7.4. Pertes d’énergie utile  
7.4.1. Couche limite  
7.4.2. Écoulements à l’entrefer  
7.4.3. Angles d’attaque inadaptés
Chapitre 2 Sources de chaleur
1. Combustion 86
1.1. Réactions de combustion  
1.1.1. Réaction générale
1.1.2. Pouvoirs calorifiques  
1.1.3. Rendement de combustion  
1.1.4. Excès d’air  
1.2. Caractéristiques des combustibles
1.3. Fours et brûleurs
1.3.1. Principe et technologies des fours
1.3.2. Principes et technologies des chambres de combustion
1.4. Aspects environnementaux
1.4.1. Polluants surveillés
1.4.2. Formation et réduction des oxydes d’azote
1.4.3. Captation des polluants acides
2. CHALEUR SOLAIRE  
2.1. Rayonnement et irradiances  
2.2. Génération de chaleur solaire
2.2.1. Principe général  
2.2.2. Rendement de conversion rayonnement/chaleur
2.2.3. Différents types de récepteurs solaires  
3. Autres sources de chaleur  
3.1. Géothermie
3.2. Fission nucléaire  
3.3. Chaleur fatale industrielle  
Chapitre 3 Échangeurs de chaleur
1. Tranferts de chaleur  
1.1. Équation de transfert  
1.2. Coefficients de transfert  
1.3. Température de paroi  
2. Calcul d’un échangeur
2.1. Notations, définitions et hypothèses  
2.2. Classification des échangeurs  
2.3. Récapitulatif des échangeurs rencontrés dans les systèmes énergétiques  
2.4. Cas de calcul général  
2.5. Échangeurs avec changement de phase
2.6. Calcul d’un générateur de vapeur  
3. Agencement des réseaux d’échangeurs : méthode du pincement thermique  
3.1. Cas à 2 fluides : la régénération  
3.2. Exemple à 4 fluides  
3.3. Généralisation à un nombre quelconque de fluides
4. Points de vigilance technologiques  
Chapitre 4 Turbines à combustion
1. Fonctionnement général  
1.1. Principales dispositions  
1.2. Cycle de Brayton  
1.3. Rendements théoriques  
2. Efficacité énergétique des turbines a gaz  
2.1. Cycle de Brayton réel  
2.2. Cycle à régénération  
2.3. Cycle avec refroidissement intermédiaire
2.4. Cycle à refroidissement intermédiaire et régénération  
2.5. Consommation de carburant  
2.6. Facteur d’air de combustion  
2.7. Température extérieure  
2.8. Méthodes de production renforcée  
2.8.1. Réchauffage intermédiaire  
2.8.2. Injection d’eau  
2.9. Charge partielle  
3. Éléments technologiques 190
3.1. Rendement en fonction de la taille de l’équipement  
3.2. Dispositions générales  
3.2.1. Gaines aérauliques  
3.2.2. Lubrification  
3.2.3. Auxiliaire de démarrage
3.3. Refroidissement des aubages  
3.4. Vibrations  
3.5. Compresseur de gaz  
3.6. Cycle fermé  
4. Conclusion sur les turbines à gaz  
Chapitre 5 Turbines à vapeur
1. Fonctionnement général  
1.1. Principales dispositions  
1.2. Cycle de Rankine  
1.3. Cycle de Hirn  
2. Efficacité énergétique des turbines à vapeur 206
2.1. Étude paramétrique du cycle de Hirn  
2.2. Cycle à resurchauffe  
2.3. Cycles à soutirages  
2.4. Cycle à double circuit de pression
2.5. Bilan des dispositions possibles
2.6. Cas des chaudières solaires  
3. Élements technologiques
3.1. Installation générale  
3.2. Bloc turbine  
3.3. Turbines à action – à réaction  
3.4. Bâche alimentaire dégazante  
3.5. Condenseur  
3.6. Qualité d’eau
3.7. Pompes alimentaires
3.8. Turbines à contre-pression et cogénération  
4. Turbines à fluides organiques  
4.1. Principe général  
4.2. Cycle de Rankine pour fluide organique (ORC)  
4.3. Principales dispositions
4.4. Performances et avantages des turbines organiques  
4.5. Variante : cycle de Kalina  
Chapitre 6 Moteurs à combustion
1. Moteurs à combustion interne  
1.1. Principe de base  
1.2. Cycles thermodynamiques  
1.3. Suralimentation  
1.4. Rendements énergétiques réels  
1.5. Comparatif avec les turbines à combustion  
2. Moteurs de Stirling
2.1. Principe  
2.2. Mise en oeuvre  
2.3. Performances  
Chapitre 7 Systèmes et cycles combinés
1. Principe général  
2. Cycle combiné gaz-gaz  
3. Cycle combiné gaz-vapeur  
3.1. Schéma de base  
3.2. Schéma avec post-combustion  
4. Cycles combinés moteur/TAV ou moteur/ORC  
5. Cycles intégrés solaire/gaz  
5.1. Intégration d’énergie solaire au cycle de Hirn  
5.2. Intégration d’énergie solaire à une turbine à combustion  
5.2.1. Disposition générale  
5.2.2. Rendements énergétiques crêtes  
5.2.3. Économies annuelles de combustible  
Conclusion  
Références bibliographiques  
Index 

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