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Conversion chaleur-énergie mécanique : Principes et applications industrielles

Auteur(s) : Woillez, Jacques

  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2018
  • Notes
    • L’ouvrage aborde sous l’angle théorique et pratique la question de la transformation de la chaleur en mouvement mécanique avec l’objectif affiché d’évaluer quels sont les meilleurs rendements de conversion que l’on peut attendre des technologies utilisées aujourd’hui, et de comprendre les raisons de leurs limites. Il intègre dans cette démarche l’apport récent de l’énergie solaire thermique et montre comment cette source de chaleur inépuisable peut faire progresser cette recherche d’efficacité.Ouvrage de synthèse, il accompagne le lecteur depuis les règles de base de la thermique, de la thermodynamique et de la mécanique des fluides jusqu’à l’explication du fonctionnement pratique des machines – turbines et moteurs – qui permettent la production d’énergie mécanique et électrique. Riche de nombreuses figures et illustrations qui rendent son abord aisé et didactique, ce livre s’adresse aux étudiants comme introduction aux problèmes de l’énergétique thermique ainsi qu’aux professionnels de l’ingénierie des centrales de production d’électricité désireux d’optimiser la conception et le fonctionnement de leurs installations.
  • Langues
    • Français
  • ISBN
    • 9782746248236
  • Droits
    • copyrighted
  • Résultat de :
  • Quatrième de couverture
    • L'ouvrage aborde sous l'angle théorique et pratique la question de la transformation de la chaleur en mouvement mécanique avec l'objectif affiché d'évaluer quels sont les meilleurs rendements de conversion que l'on peut attendre des technologies utilisées aujourd'hui, et de comprendre les raisons de leurs limites. Il intègre dans cette démarche l'apport récent de l'énergie solaire thermique et montre comment cette source de chaleur inépuisable peut faire progresser cette recherche d'efficacité.

      Ouvrage de synthèse, il accompagne le lecteur depuis les règles de base de la thermique, de la thermodynamique et de la mécanique des fluides jusqu'à l'explication du fonctionnement pratique des machines - turbines et moteurs - qui permettent la production d'énergie mécanique et électrique. Riche de nombreuses figures et illustrations qui rendent son abord aisé et didactique, ce livre s'adresse aux étudiants comme introduction aux problèmes de l'énergétique thermique ainsi qu'aux professionnels de l'ingénierie des centrales de production d'électricité désireux d'optimiser la conception et le fonctionnement de leurs installations.


  • Tables des matières
      • Conversion chaleur-énergie mécanique

      • Principes et applications industrielles

      • Jacques Woillez

      • Lavoisier hermes

      • PréfaceIII
      • Avant-proposV
      • Sigles et abréviationsXIX
      • Chapitre1
      • Notions de base
      • 1. Premier principe de la thermodynamique1
      • 1.1. Définition de la pression1
      • 1.2. Équation d'état d'un fluide parfait2
      • 1.3. Premier principe, définition de l'enthalpie4
      • 2. Principaux fluides rencontres dans les systèmes de conversion chaleur-travail6
      • 2.1. Eau et vapeur d'eau6
      • 2.1.1. Propriétés physiques à l'état liquide6
      • 2.1.2. Pression de vapeur saturante de l'eau7
      • 2.1.3. Capacité calorifique et chaleur latente de l'eau9
      • 2.1.4. Enthalpie de la vapeur11
      • 2.1.5. Oxygène et gaz carbonique dissous12
      • 2.2. Air13
      • 2.2.1. Caractérisation de l'air sec13
      • 2.2.2. Caractéristiques de l'air humide14
      • 2.2.3. Enthalpie de l'air humide16
      • 2.3. Autres fluides caloporteurs19
      • 2.3.1. Huiles thermiques19
      • 2.3.2. Fluides organiques19
      • 2.3.3. Sels fondus20
      • 3. Deuxième principe de la thermodynamique21
      • 3.1. Définition21
      • 3.2. Entropie de la vapeur22
      • 3.3. Entropie de l'air22
      • 4. Principales transformations thermodynamiques23
      • 4.1. Diagrammes d'état23
      • 4.2. Compressions et détentes27
      • 4.2.1. Compression et détente isothermes27
      • 4.2.2. Compression et détente adiabatiques27
      • 4.2.3. Puissance mécanique d'un compresseur ou d'un ventilateur28
      • 4.2.4. Puissance mécanique d'une pompe30
      • 4.2.5. Détente isentropique dans les turbines30
      • 4.2.6. Laminage31
      • 4.3. Réchauffages et refroidissements33
      • 4.3.1. Chauffage ou refroidissement sans changement de phase33
      • 4.3.2. Chauffage ou refroidissement avec évaporation ou condensation de l'eau34
      • 4.3.3. Chauffage ou refroidissement de l'air humide34
      • 4.3.4. Désurchauffe de la vapeur36
      • 4.3.5. Production d'eau froide par pulvérisation dans l'air37
      • 4.3.6. Réchauffage d'eau par injection directe de vapeur38
      • 5. Cycles thermodynamiques38
      • 5.1. Représentation38
      • 5.2. Cycle et théorème de Carnot39
      • 5.3. Autres cycles parfaits42
      • 5.4. Irreversibilités43
      • 5.5. Notion d'exergie45
      • 6. Principales équations du mouvement des fluides46
      • 6.1. Champ de vitesse d'un fluide en mouvement46
      • 6.2. Conservation de la masse47
      • 6.3. Théorème des quantités de mouvement49
      • 6.4. Équation de Bernoulli53
      • 6.4.1. Fluides parfaits53
      • 6.4.2. Fluides réels56
      • 6.4.3. Pertes de charge57
      • 6.4.4. Notions sur la turbulence62
      • 6.5. Fluides compressibles70
      • 6.5.1. Équations du mouvement70
      • 6.5.2. Régime critique et blocage du débit71
      • 6.5.3. Limite de comportement incompressible73
      • 7. Fonctionnement des machines axiales74
      • 7.1. Principe général de fonctionnement74
      • 7.2. Théorème des quantités de mouvement appliqué aux machines axiales76
      • 7.3. Degré de réaction des turbines77
      • 7.4. Pertes d'énergie utile80
      • 7.4.1. Couche limite81
      • 7.4.2. Écoulements à l'entrefer82
      • 7.4.3. Angles d'attaque inadaptés82
      • Chapitre 2
      • Sources de chaleur
      • 1. Combustion86
      • 1.1. Réactions de combustion86
      • 1.1.1. Réaction générale86
      • 1.1.2. Pouvoirs calorifiques87
      • 1.1.3. Rendement de combustion88
      • 1.1.4. Excès d'air88
      • 1.2. Caractéristiques des combustibles90
      • 1.3. Fours et brûleurs92
      • 1.3.1. Principe et technologies des fours92
      • 1.3.2. Principes et technologies des chambres de combustion95
      • 1.4. Aspects environnementaux95
      • 1.4.1. Polluants surveillés97
      • 1.4.2. Formation et réduction des oxydes d'azote98
      • 1.4.3. Captation des polluants acides100
      • 2. Chaleur solaire108
      • 2.1. Rayonnement et irradiances109
      • 2.2. Génération de chaleur solaire113
      • 2.2.1. Principe général113
      • 2.2.2. Rendement de conversion rayonnement/chaleur113
      • 2.2.3. Différents types de récepteurs solaires114
      • 3. Autres sources de chaleur116
      • 3.1. Géothermie117
      • 3.2. Fission nucléaire117
      • 3.3. Chaleur fatale industrielle118
      • Chapitre 3
      • Échangeurs de chaleur
      • 1. Transferts de chaleur122
      • 1.1. Équation de transfert122
      • 1.2. Coefficients de transfert124
      • 1.3. Température de paroi128
      • 2. Calcul d'un échangeur129
      • 2.1. Notations, définitions et hypothèses129
      • 2.2. Classification des échangeurs131
      • 2.3. Récapitulatif des échangeurs rencontrés dans les systèmes énergétiques134
      • 2.4. Cas de calcul général138
      • 2.5. Échangeurs avec changement de phase141
      • 2.6. Calcul d'un générateur de vapeur142
      • 3. Agencement des réseaux d'échangeurs : méthode du pincement thermique145
      • 3.1. Cas à 2 fluides : la régénération145
      • 3.2. Exemple à 4 fluides148
      • 3.3. Généralisation à un nombre quelconque de fluides152
      • 4. Points de vigilance technologiques154
      • Chapitre 4
      • Turbines à combustion
      • 1. Fonctionnement général158
      • 1.1. Principales dispositions158
      • 1.2. Cycle de Brayton160
      • 1.3. Rendements théoriques163
      • 2. Efficacité énergétique des turbines a gaz164
      • 2.1. Cycle de Brayton réel164
      • 2.2. Cycle à régénération169
      • 2.3. Cycle avec refroidissement intermédiaire173
      • 2.4. Cycle à refroidissement intermédiaire et régénération177
      • 2.5. Consommation de carburant179
      • 2.6. Facteur d'air de combustion181
      • 2.7. Température extérieure182
      • 2.8. Méthodes de production renforcée182
      • 2.8.1. Réchauffage intermédiaire183
      • 2.8.2. Injection d'eau184
      • 2.9. Charge partielle189
      • 3. Éléments technologiques190
      • 3.1. Rendement en fonction de la taille de l'équipement190
      • 3.2. Dispositions générales192
      • 3.2.1. Gaines aérauliques193
      • 3.2.2. Lubrification193
      • 3.2.3. Auxiliaire de démarrage194
      • 3.3. Refroidissement des aubages195
      • 3.4. Vibrations197
      • 3.5. Compresseur de gaz198
      • 3.6. Cycle fermé198
      • 4. Conclusion sur les turbines à gaz199
      • Chapitre 5
      • Turbines à vapeur
      • 1. Fonctionnement général201
      • 1.1. Principales dispositions201
      • 1.2. Cycle de Rankine203
      • 1.3. Cycle de Hirn205
      • 2. Efficacité énergétique des turbines à vapeur206
      • 2.1. Étude paramétrique du cycle de Hirn206
      • 2.2. Cycle à resurchauffe209
      • 2.3. Cycles à soutirages212
      • 2.4. Cycle à double circuit de pression214
      • 2.5. Bilan des dispositions possibles220
      • 2.6. Cas des chaudières solaires223
      • 3. Eléments technologiques230
      • 3.1. Installation générale230
      • 3.2. Bloc turbine234
      • 3.3. Turbines à action - à réaction236
      • 3.4. Bâche alimentaire dégazante237
      • 3.5. Condenseur238
      • 3.6. Qualité d'eau239
      • 3.7. Pompes alimentaires240
      • 3.8. Turbines à contre-pression et cogénération241
      • 4. Turbines à fluides organiques243
      • 4.1. Principe général243
      • 4.2. Cycle de Rankine pour fluide organique (ORC)244
      • 4.3. Principales dispositions245
      • 4.4. Performances et avantages des turbines organiques246
      • 4.5. Variante : cycle de Kalina247
      • Chapitre 6
      • Moteurs à combustion
      • 1. Moteurs à combustion interne251
      • 1.1. Principe de base251
      • 1.2. Cycles thermodynamiques254
      • 1.3. Suralimentation258
      • 1.4. Rendements énergétiques réels260
      • 1.5. Comparatif avec les turbines à combustion267
      • 2. Moteurs de Stirling268
      • 2.1. Principe269
      • 2.2. Mise en oeuvre270
      • 2.3. Performances271
      • Chapitre 7
      • Systèmes et cycles combinés
      • 1. Principe général277
      • 2. Cycle combiné gaz-gaz278
      • 3. Cycle combiné gaz-vapeur279
      • 3.1. Schéma de base279
      • 3.2. Schéma avec post-combustion285
      • 4. Cycles combinés moteur/TAV ou moteur/ORC287
      • 5. Cycles intégrés solaire/gaz289
      • 5.1. Intégration d'énergie solaire au cycle de Hirn290
      • 5.2. Intégration d'énergie solaire à une turbine à combustion291
      • 5.2.1. Disposition générale291
      • 5.2.2. Rendements énergétiques crêtes293
      • 5.2.3. Économies annuelles de combustible296
      • Conclusion303
      • Références bibliographiques307
      • Index311

  • Consultable à la Bpi