Grande Ecole Virtuelle Guide étudiant version n°1.
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Grande Ecole Virtuelle Guide étudiant version n°1.
Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ Guide étudiant version n°1.1-Septembre 2003 1/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 version n°1.1-Septembre 2003 2/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 version n°1.1-Septembre 2003 3/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 version n°1.1-Septembre 2003 4/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 version n°1.1-Septembre 2003 5/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 version n°1.1-Septembre 2003 6/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 Guide étudiant version n°1.1-Septembre 2003 7/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 Guide étudiant version n°1.1-Septembre 2003 8/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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 Pré requis : Eléments de thermodynamique : équations d’état, transformations isotherme, adiabatique et polytropique. Eléments de dynamique des fluides compressibles Ressources : • • Séquence : http://gev.ensm-douai.fr/gev-nte/ > Energétique des machines > Turbines axiales Chapitre 4 du support de cours 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 version n°1.1-Septembre 2003 9/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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. Pré requis : Eléments de thermodynamique : équations d’état, transformations isotherme, adiabatique et polytropique, modules 2 et 3 Ressources : • • Chapitre 4 du support de cours 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 Guide étudiant version n°1.1-Septembre 2003 10/11 Grande Ecole Virtuelle ___________________________________________________________________________ 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. Guide étudiant version n°1.1-Septembre 2003 11/11