Thermodynamics and thermics - Thermique et Energétique ( IEN / ME / SEM / Master FME) - 5EUS5THE

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)

Convection :
Principes fondamentaux : Equations générales de la dynamique des fluides compressibles et incompressibles, équations de Navier-Stokes; première et deuxième loi de la thermodynamique, équations de transport d’énergie, d’enthalpie et d’entropie.
Couche Limite Laminaire avec transfert: Approximations de couche limite, analyse d'échelles, comportement asymptotique à faibles et grands nombres de Prandtl, solutions intégrales et autosimilaires, effet du gradient de pression adverse, écoulements de Falkner-Skan.
Transfert en écoulements laminaires internes: Longueur de de dévelopement hydrodynamique, écoulement pleinement développé, transfert de chaleur dans un écoulement en canal pleinement développé.
Convection Naturelle Laminaire: Equation de la couche limite sous l’effet de la flotabilité , appproximation de Boussinesq, solutions intégrales et autosimilaires, effet de la stratification, écoulement en canal vertical, convection naturelle combinée avec convection forcée, condensation.
Turbulence: Turbulence pariétale, couche limite turbulente, distribution de vitesse , modèles de longueur de mélange et de viscosité turbulente, transfert de chaleur dans une couche limite turbulente.
Ecoulements cisaillés libres: Jets bidimensionnels, et ronds, panaches, sillages thermiques
Notions de transfert de masse: Equations fondamentales, convection forcée laminaire et turbulente, effets de réaction chimiques.
Echangeurs de chaleur.

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

Combustion
Le cours porte principalement sur une introduction à la combustion et à l'étude des flammes. Il comporte une première partie de généralités suivie de deux groupes de conférences présentées par un intervenant industriel représentant le secteur de l’élaboration des métaux.
A.1) Introduction et présentation des notions et définitions de base.
A.2) Notions de base sur les flammes
A.3) Combustion dans les moteurs alternatifs à combustion
A.4) Combustion dans les turbo-machines
C) Combustion dans les fours d'élaboration d'aluminium

Boiling
Des connaissances approfondies sur la thermoconvection, l'ébullition nucléée, la crise d'ébullition et l'ébullition en films sont apportées spécifiquement aux étudiants de la filière IEN, ceci afin de leur donner les outils nécessaires au dimensionnement des chaudières dans les centrales électriques actuelles et futures, nucléaires ou non. Cet enseignement a vocation à apporter les connaissances les plus récentes sur l'approche non seulement globale mais locale de l'ébullition

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

Contrôle des connaissances

L'examen existe uniquement en anglais 

1 DS + 1 CC (dont notes BE-TP+oral article)

Informations complémentaires

Le cours est donné uniquement en anglais