Grande Ecole Virtuelle Guide étudiant version n°1.

Transcription

Grande Ecole Virtuelle
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Guide étudiant
version n°1.1-Septembre 2003
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Cours d’Energétique des machines
Par Jean-Luc Harion
Ecole des Mines de Douai
Ce cours a été réalisé dans le cadre du projet Grande Ecole Virtuelle du Groupe des Ecoles
des Mines avec la coopération de Alain Bize (EMA), Jérôme Bellettre (EMN), Renaud
Gicquel (EMP), Frédéric Gruy (EMSE), et la collaboration de l'ENIC - TELECOM Lille 1,
Stéphane Duriez et Mathieu Vermeulen.
Tous droits de traduction, de reproduction
et d’adaptation réservés pour tous pays,
© GEV – Ecole des Mines de Douai, 2003
La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part,
que les “copies ou reproductions strictement réservées à l’usage du copiste et non destinées à
une utilisation collective” et d’autre part, que les analyses et que les courtes citations dans un
but d’exemple et d’illustration, “toute représentation intégrale ou partielle, faite sans le
consentement de l’auteur ou de ces ayants droits, ou ayants cause est illicite” (alinéa 1er de
l’article 40).
Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une
contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal.
Ecole des Mines de Douai
941, rue Charles Bourseul – BP838 – 59508 Douai Cedex
Tél. : 03 27 71 22 22 – Fax : 03 27 71 25 25
http://www.ensm-douai.fr
e-mail : [email protected]
Guide étudiant
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Table des matières
Préambule ..............................................................................................................................4
Quelques informations pratiques….........................................................................................5
Organisation chronologique....................................................................................................6
Module 1 : Thermodynamique et écoulements compressibles .................................................7
Module 2 : Compresseurs volumétriques ................................................................................8
Module 3 : Turbines axiales....................................................................................................9
Module 4 : Cycles mixtes et formation à Thermoptim...........................................................10
Bibliographie........................................................................................................................11
Guide étudiant
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Préambule
Ce document est issu d’un travail de refonte du cours d’Energétique des Machines
intégrant des nouvelles technologies et visant à améliorer les outils pédagogiques mis à votre
disposition.
Ce guide a pour but de vous donner des informations pratiques sur ce nouvel
enseignement. Vous y trouverez le calendrier ainsi que les différentes ressources
pédagogiques qui vous sont accessibles.
Cette nouvelle architecture du cours vise à vous responsabiliser vis à vis de votre
apprentissage en vous donnant plus d’autonomie dans la gestion de votre emploi du temps et
en favorisant votre travail personnel.
Cette première année de mise en ligne des ressources développées constitue une
expérimentation. Ainsi, au delà de la formation elle-même, votre participation active, vos
remarques et suggestions constructives constitueront des apports importants et permettront
d’améliorer à la fois les supports et la méthode pédagogiques.
Une part importante du travail pour la mise en ligne du cours a été effectuée par
Stéphane Duriez (DESS Ingénierie Pédagogique Multimédia, université de Lille I) stagiaire à
l’école pendant l’été 2003. Il a réalisé un travail important et je tiens à le remercier pour la
qualité de son travail, l’énergie et le temps qu’il y a consacrés.
Mes collègues de l’école Jean-Loup Cordonnier (Département GIP) et Jean-Luc
Wojkiewicz (Département Métrologie Qualité) ont participé activement à ce projet dans
toutes ses phases, je les en remercie vivement.
La mise en ligne a bénéficié d’une collaboration de l’ENIC (Lille I). Leur expérience
dans le domaine des NTE a constitué un apport précieux.
Ce projet a été mené dans le cadre de la Grande Ecole Virtuelle (GEV), je tiens à
remercier les collègues des autres Ecoles des Mines pour leur collaboration.
Jean-Luc HARION
Guide étudiant
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Quelques informations pratiques…
Informations
Début du cours : lundi 13 octobre
Volume horaire : 28 heures
Devoir : lundi 15 décembre
Oral : 20’ par étudiant
Intervenant
Jean-Luc Harion
e-mail : [email protected]
Ressources
•
•
•
Les supports de cours :
• Polycopié de cours
• Séquences en ligne
Le guide étudiant
Les ouvrages du centre de
documentation
Volume horaire total
•
•
•
Guide étudiant
En ligne : 9 heures
En présentiel – TD : 16 heures
En salle (facultatif) : 3 heures
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Organisation chronologique
S 42,
Lundi 13 octobre
Rappels : Thermodynamique et écoulements compressibles : en
salle de cours, obligatoire.
S 42,
Jeudi 16 octobre
Rappels : Thermodynamique et écoulements compressibles : en
salle de cours, obligatoire.
Présentation du dispositif (calendrier, support en ligne, etc.)
S 43,
Jeudi 23 octobre
Compresseurs volumétriques : travail sur le support en ligne.
S 44,
Jeudi 30 octobre
Compresseurs volumétriques : en salle pour questions libres
(demi-séance, facultatif).
QCM 5 min en début de seconde demi-séance.
TD obligatoires.
S 45,
Jeudi 6 novembre
S 46,
Jeudi 13 novembre
Turbines gaz, vapeur : travail sur le support en ligne.
Turbines gaz, vapeur : en salle pour questions libres (demiséance, facultatif).
Travail sur le support en ligne (demi-séance)
S 47,
Jeudi 20 novembre
Turbines gaz, vapeur : QCM, 5 min en début de demi-séance.
TD obligatoires.
Cycles mixtes et formation ThermOptim, obligatoire
S 48,
Jeudi 27 novembre
Cycles mixtes et formation ThermOptim, obligatoire
Guide étudiant
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Module 1 : Thermodynamique et écoulements
compressibles
Objectifs :
Cette partie a pour objectifs de remettre en mémoire les points importants de
thermodynamique et de rappeler les caractéristiques essentielles des écoulements
compressibles. Ces deux points constituent des pré requis aux modules suivants.
Ressources :
•
Chapitres 1 et 2 du support de cours.
Plan :
I – Thermodynamique
1 – Etat thermodynamique
2 – Travaux et quantités de chaleur échangés
3 – Premier principe
4 – Entropie et second principe
I – Ecoulements compressibles
1 – Rappel des équations régissant le mouvement d’un fluide incompressible
2 – Fluides compressibles : généralités et définitions particulières
3 – Ecoulement d’un fluide compressible
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Module 2 : Compresseurs volumétriques
Objectifs :
Ce module consacré aux compresseurs volumétriques a pour objectifs de présenter les
différentes machines existants. Pour chaque machine, sont présentés d’une part le principe de
fonctionnement et d’autre part, la gamme typique de fonctionnement en termes de débits et de
pressions. Pour chaque famille de compresseurs volumétriques (alternatifs ou rotatifs), ce
module présente également des éléments d’analyse thermodynamique permettant un
dimensionnement. De plus, le cas particulier de la compression étagée est abordé.
A l’issu de ce module, vous devriez être capable, à partir du besoin (pression, débit de gaz) et
de la machine retenue, de pré dimensionner l’installation à mettre en place.
Pré requis : Eléments de thermodynamique : équations d’état, transformations isotherme,
adiabatique et polytropique
Ressources :
•
•
Séquence : http://gev.ensm-douai.fr/gev-nte/ > Energétique des machines >
Compresseurs volumétriques
Chapitre 3 du support de cours
Plan :
I – Compresseurs alternatifs
1 – Pistons (technologie et analyse thermodynamique)
2 – Membranes (technologie et analyse thermodynamique).
L’analyse thermodynamique est commune à ces deux technologies. Ce sont des compresseurs
à clapets automatiques.
II – Compresseurs rotatifs
1 – Vis (technologie et analyse thermodynamique)
2 – Spirales (technologie et analyse thermodynamique)
3 – Palettes (technologie et analyse thermodynamique)
4 – Lobes (technologie et analyse thermodynamique)
L’analyse thermodynamique est commune à ces deux technologies. Ce sont des compresseurs
à taux de compressions fixes.
III – Compression étagée
Technologie et analyse thermodynamique associée
Exercices
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Module 3 : Turbines axiales
Objectifs :
Ce module est consacré aux turbines fonctionnant avec un fluide compressible (gaz ou
vapeur). Il présente les principes de fonctionnement et les principaux éléments de
technologies. Pour les turbines à gaz et à vapeurs, quelques éléments de construction
spécifiques à chaque technologie sont ajoutés et les principaux cycles thermodynamiques
élémentaires exposés.
A l’issu de ce module, vous devriez être capable, de calculer la puissance fournie et le
rendement d’installations simples incluant une turbine à vapeur ou une turbine à gaz
adiabatique et polytropique. Eléments de dynamique des fluides compressibles
Ressources :
•
•
Séquence : http://gev.ensm-douai.fr/gev-nte/ > Energétique des machines > Turbines
axiales
Plan :
I - Introduction
1 – Introduction
2 –Aubages fixes de détente
3 –Turbines à action
4 –Turbines à réaction
5 –Eléments de construction
II – Turbines à gaz
Technologies et Cycles élémentaires intégrant une turbine gaz
III – Turbines à vapeur
Technologies et Cycles élémentaires intégrant une turbine vapeur
Exercices
Guide étudiant
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Module 4 : Cycles mixtes et formation à Thermoptim
Objectifs :
Ce module est consacré aux cycles associant un cycle gaz et un cycle vapeur. Cette
association permet d’aboutir à des installations présentant un meilleur rendement.
L’outil de simulation Thermoptim est présenté à travers différents exemples de modélisation
de cycles.
adiabatique et polytropique, modules 2 et 3
Ressources :
•
•
Simulateur Thermoptim en accès libre sur trois ordinateurs en salle projet du
Département Energétique
Plan :
I – Cycles mixtes gaz - vapeur
1 – Cycles à fort excès d’air
2 – Cycles à faible excès d’air
II – Thermoptim
1 – Environnements de travail
2 – Exemples de cycles simples
3 – Exemples de cycles mixtes
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Bibliographie
Cours d’énergétique des machines:
A.T.E.E.. Tome 2, Chapitre 11.4, Guide pratique de l'énergie dans l'entreprise.
L. Borel. Thermodynamique et Energétique. Presses Polytechniques et Universitaires
Romandes, 1987.
T. Destoop. Compresseurs volumétriques. Techniques de l'ingénieur, B4220.
F. Dietzel et W. Wagner (traduction et adaptation JL. Cauchepin). La thermodynamique facile
à l'usage des thermiciens, des frigoristes et des autres ... Ed. Pyc Livres, 1998
R. Gicquel, Systèmes énergétiques, Tome 1 : Méthodologie d'analyse, bases de
thermodynamique, composants, ThermOptim. Les Presses de l'Ecole des Mines de Paris,
2001.
R. Gicquel, Systèmes énergétiques, Tome 2 : Applications. Les Presses de l'Ecole des Mines
de Paris, 2001.
Y. Loranchet, Mise en oeuvre des turbines à gaz dans l'industrie, Techniques de l'ingénieur,
B4425.
R. Ouziaux. Mécanique appliquée : Dynamique des machines alternatives. Pompes et
compresseurs volumétriques. Tome 3, Ed Dunod, 1962.
M. Pluviose. Machines à fluides : Principes et fonctionnement. Ed Ellipses, collection
TECHNOSUP 2002.
G. Riollet. Théorie des turbines à vapeur et à fluide compressible. Techniques de l'ingénieur,
B330 et B331.
G. Riollet. Théorie générale des turbomachines. Techniques de l'ingénieur, B4400.
M. Vincent de Paul, Turbines à fluide compressible. Conception et fonctionnement.
Techniques de l'ingénieur, BM4560.
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