Thermodynamics and Thermics (IEN / ME / SEM-ISE / M2-FME / M2-ENTECH) - 5EUS5TEN

Objectif(s)

: Le module traite des échanges et transformations d’énergie mettant en jeu des fluides en mouvement. La question est abordée suivant une problématique globale, où l’accent est mis sur la thermodynamique et les processus de transformation (turbo-machines à combustion, machines alternatives à combustion et machines à vapeur, procédés…) et suivant une approche locale, où sont considérés les échanges thermiques. L’objectif est de préciser les concepts de base qui permettent de calculer et de dimensionner les systèmes énergétiques (propulsion aéronautique, production d’énergie), mais également d’identifier les limites de leur possible optimisation. Des conférences données par des industriels complètent les enseignements de base (échangeurs thermiques).

Contenu(s)

Échange thermique par convection et rayonnement :
Phénoménologie: modes d'échange, résistances thermiques et leurs limites, rayonnement avec ou sans milieu participatif, convection naturelle ou forcée, interne ou externe, laminaire ou turbulente.
Radiométrie et corps noir : grandeurs radiométriques , équilibre radiatif et corps noir , loi de Planck
Rayonnement de surfaces: phénoménologie, corps gris/lambertien, lois de Snell, surfaces réelles, facteurs de vue
Milieux participatifs: équation de transfert radiatif, émission/absorption des gaz, diffusion (Rayleigh/Mie)
Rappel des équations de convection, modèles à viscosité turbulente, écoulements incompressibles, approximation de Boussinesq, approximations de couche limite.
Analyse d'échelle, application à ces équations, nombres adimensionnels et leur utilisation pour les lois d'échange
Couche limite de plaque plane: analyse d'échelle, profils (Blasius, logarithmique), lois d'échange
Convection naturelle sur une paroi: analyse d'échelle, lois d'échange, cas des parois horizontales
Convection forcée dans des conduites: température de mélange, longueurs d'établissement, écoulement établi, thermique établie à flux ou température constante. Profils et loi d'échange en établi.
Phénomènes de convection naturelle interne: thermosiphons, cavités, stratification, instabilité.

Thermodynamique des machines
The course is mainly focused on the thermodynamics of heat-engines. The first part concerns idealized reversible and irreversible transformations and cycles. A special attention is adressed to the nature of the intrinsec irreversibilites of ideal gas and vapour cycles. Next, for each family of heat engine (gas-turbines, turbojets, internal combustion engines, steam-turbines) a brief overview is developped about the consequences of technological constraints on the effective limits of the real thermodynamic cycles. An energetic and exergetic analysis is then developed to identify performance criteria (first law and seceond law efficiencies, specific energy…) as well as possible improvement of the basic cycle.
1) Elements of thermodynamics : first & second law, thermodynamic state functions, reversible & irreversible processes.
2) Gas-turbines
3) Turbojet
4) Internal combustion engine
5) Steam-turbines
6) Frigorific engine

Modélisation et analyse d’écoulements 1
Modélisation et analyse d’écoulements 2,
Heat and Mass transfers