Chapitre I : Généralités...1

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1 Sommaire. Chapitre I : Généralités....1 Page I.I : Introduction... 1 I.2 : Systèmes thermodynamiques I.3 : Etat d un système Fonctions d état I.4 : Etat d équilibre d un système Transformations I.5 : Température Chaleur I.6 : Travail de force de pression Chapitre II : Premier principe de la thermodynamique ou principe de la conservation de L énergie...8 II.1 : Introduction...8. II.2 : Expression du premier principe pour un système fermé... 8 II.2.1 : Principe de l équivalence... 8 II.2.2 : Principe de l état initial et de l état final... 8 II.2.3 : 1 er principe Cas général...9 II.2.4 : Transformation thermomécanique à pression extérieure constante et à volume constant...9 II.3 : Expressions du premier principe pour un système ouvert...10 II.3.1 : Système ouvert en régime permanent II.3.2 : Système ouvert en régime variable...12 Chapitre III : Compressibilité et dilatation des fluides- Echange de chaleur d un fluide Homogène...13 III.1 : Coefficients de compressibilité et de dilatation d un fluide homogène III.2 : Dérivées partielles d un fluide homogène III.3 : Echange de chaleur d un fluide homogène cœfficients calorimétriques Chapitre IV : Gaz parfaits...18 A- Définitions propriétés...18 IV.1 : Généralités : Lois de MARIOTTE, GAY LUSSAC, et CHARLES IV.2 : Caractéristiques d un gaz parfait...20 IV.2.1 : Equation d état...20 IV.2.2 : Loi de JOULE GAY LUSSAC sur l énergie interne...21 IV.2.3 : Energie interne d un gaz parfait...22 IV.2.4 : Enthalpie d un gaz parfait...22 IV.3 : Mélange de gaz parfaits...24 IV.3.1 : Loi de DALTON GIBBS Loi d AMAGAT...24 IV.3.2 : Paramètres d état d un mélange de gaz parfaits IV.3.3 : Caractéristiques d un mélange de gaz parfaits B Etude de quelques transformations particulières des gaz parfaits...26 IV.4 : Transformations isothermes...26 IV.5 : Transformations adiabatiques réversibles...27 IV.6 : Transformations poly tropiques...30

2 Chapitre V : Second principe de la thermodynamique...32 Introduction...32 A- Enoncé du second principe...33 V.1 : Transformations réversibles et irréversibles...33 V.2 : Expression générale du second principe...34 V.3 : Egalité de JOUGUET Calcul de la variation d entropie- entropie d un mélange de gaz parfaits entropie absolue...35 V.4 : Variation d entropie totale Autre expression du second principe...40 B- Cycle de carnot...42 V.5 : Définition théorème de Carnot...42 V.6 : Différentes utilisations du cycle de Carnot...44 V.6.1 : Cycle producteur d énergie (cycle moteur) V.6.2 : Cycle générateur (machines frigorifiques pompe à chaleur)...45 V.7 : Théorème de Carnot lors d un cycle réel...57 Chapitre VI : Diagrammes Thermodynamiques...49 VI.1 : Introduction...49 VI.2 : Diagramme de CLAPYRON (P,V) VI.2.1 : Représentation des isobares et des isochores dans le digramme (P, V)...49 VI.2.2 : Représentation du travail de force de pression...49 VI.2.3 : Représentation des isothermes et des adiabatiques réversibles...49 VI.2.4 : Cas d un fluide diphasique...50 VI.3 : Diagramme entropique (T, S)...50 VI.3.1 : Représentation des isothermes et des isentropiques (adiabatiques réversibles)...51 VI.3.2 : Représentation de la chaleur échangée...51 VI.3.3 : Représentation des isobares et des isochores à Cv et Cp constantes...52 VI.3.4 : Représentation d une compression et d une détente adiabatiques...53 VI.3.5 : Cas d un fluide diphasique...54 VI.4 : Diagramme Enthalpique (H,S)- Diagramme de MOLLIER...54 Chapitre VII : Application aux machines thermiques VII.1 : Machines à vapeur...56 VII.1.1 : Introduction...56 VII.1.2 : Cycle de RANKINE...56 VII.1.3 : Cycle de HIRN (avec surchauffe)...57 VII.1.4 : Rendements des machines à vapeur...57 VII.2 : Turbines à gaz VII.2.1 : Introduction...58 VII.2.2 : Cycle de JOULE (cycle théorique)- Rendement théorique...59 VII.2.3 : Cycle réel Rendement réel...60

3 VII.3 : Machines frigorifiques et Pompes à chaleur VII.3.1 : Introduction...62 VII.3.2 : Cycle de base ou Cycle de Carnot...62 VII.3.3 : Cycle théorique...63 VII.3.4 : Cycle réel...64 VII.4 : Moteurs à combustion interne...64 VII.4.1 : Introduction...64 VII.4.2 : Cycle de BEAU DE ROCHAS (cycle à allumage commandé) Rendement Théorique...65 VII.4.3 : Cycle Diesel pur (allumage par compression) - Rendement théorique du cycle Diesel...66 VII.4.4 : Cycle de SABATHE. (Cycle mixte) Rendement théorique de SABATHE...67 VII.4.5 : Définition de quelques caractéristiques thermodynamiques...68 VII : Pression moyenne indiquée, pression moyenne effective...68 VII : Rendements (théorique, indiqué, mécanique et global)...69 VII : Consommation spécifique du combustible...69 VII.5 : Moteurs à réaction...69 VII.5.1: Propulsion par utilisation d air ambiant...69 Réaction indirecte (Turbopropulseurs)...69 Réaction directe (Statoréacteurs- Turboréacteurs)...69 VII.5.2 : Performances des Turboréacteurs...71 VII : Rappel sur le théorème d EULER ou de quantité de mouvement...72 VII Application aux Turboréacteurs...72 Poussée...73 Taux de dilution...73 Consommation spécifique- poussée spécifiques)...73 Puissances (calorifique- thermodynamique ou thermique théorique thermique réelle- propulsive)...73 Rendements...75 Cycle du turboréacteur...76 Chapitre VIII. Thermo combustion VIII.1 : Réactions chimiques...77 VIII.1.1 : Introduction...77 VIII.1.2 : Réactions à volume et à pression constants...77 VIII.1.3 : Relation entre Qp et Qv...77 VIII.1.4 : Chaleur standard de réaction...78 VIII.1.5 : Enthalpie de réaction Loi de HESS...78 VIII.1.6 : Variation de l enthalpie de réaction avec la température...79 VIII.2 : Le combustible et ses catégories...83 VIII.2.1 : Définition...83 VIII.2.2 : Composition élémentaire...83 VIII.2.3 : Formule fictive du combustible...83 VIII.2.4 : Formule fictive de l air....84

4 VIII.3 : Combustion VIII.3.1 : Définition...85 VIII.3.2 : Equation stoechiométrique de combustion...85 VIII.3.3 : Pouvoir calorifique...86 VIII.3.4 : Pouvoir comburivore...89 VIII.3.5 : Combustion oxydante complète avec excès d air...90 VIII.3.6 : Combustion réductrice (ménagée) Richesse VIII.3.7 : Application VIII.3.8 : Calcul de la température de combustion (carburant comburant de même température) VIII.3.9 : Calcul de la température de combustion (carburant- comburant de températures Différentes) VIII.3.10 : Enthalpie de formation à 0 K VIII.3.11 : Grandeurs thermodynamiques rapportées à 0 K Chapitre IX : Energie libre Enthalpie libre IX.1 : Introduction IX.2 : Energie libre IX.3 : Enthalpie libre IX.3.1 : Variation élémentaire d Enthalpie libre d un fluide homogène IX.3.2 : Variation de l Enthalpie libre G avec La température T et la pression P IX.3.3 : Enthalpie libre d une réaction chimique ( loi de HESS ) IX.3.4 : Enthalpie libre d une réaction à température quelconque IX.3.5 : Enthalpie libre d une réaction à pression quelconque Chapitre X : Potentiel chimique Equilibre d un système thermodynamique- Constante d équilibre- Dissociation X.1 : Potentiel chimique X.2 : Potentiel chimique d un constituant gazeux. Activité Fugacité X.2.1 : Cas d un gaz parfait pur Activité X.2.2 : Cas d un mélange de gaz parfaits X.2.3 : Cas d un gaz réel pur- Fugacité X.2.4 : Cas d un mélange de gaz réels X.3 : Equilibre d un système thermodynamique X.3.1 : Degré d avancement d une réaction X.3.2 : Affinité chimique X.3.3 : Production d entropie liée au degré d avancement de la réaction X.3.4 : Equilibre d un système qui est le siège d une réaction X.4 : Constante d équilibre X.4.1 : Loi d action de masse généralisée X.4.2 : Expression d la constante d équilibre en fonction de la variation d enthalpie libre X.4.3 : Variation de la constante d équilibre avec la température X.4.4 : Calcul de la constante d équilibre X.4.5 : Influence de la pression sur l équilibre X.5 : Dissociation X.5.1 : Introduction X.5.2 : Calcul du degré de dissociation X.5.3 : Constante d équilibre et degré de dissociation X.5.4 : Influence de la dissociation sur les grandeurs thermodynamiques d un gaz Diatomique X.5.5 : Application sur la dissociation...130

5 Chapitre XI : Gaz réels XI.1 : Introduction XI.2 : Equations caractéristiques des fluides réels XI.2.1 : Equation générale XI.2.2 : Equation de VAN DER WAALS XI.2.3 : Equation de BERTHELOT XI.2.4 : Autres équations des gaz réels XI.3 : Coordonnées du point critique- Equations réduites XI.4 : Calcul des grandeurs thermodynamiques XI.4.1 : Expression mathématique des principes XI.4.2 : Application physique XI.4.3 : Calcul de l énergie interne massique d un gaz réel XI.4.4 : Calcul de l entropie massique d un gaz réel XI.4.5 : Calcul de l enthalpie massique d un gaz réel XI.5 : Equations de VIRIEL et facteur d compressibilité Chapitre XII : Vapeur d eau. XII.1 : Introduction et Définitions XII.2 : Chaleur latente de vaporisation XII.3 : Chaleur massique le long de la courbe de saturation XII.4 : Entropie le long de la courbe de saturation XII.5 : Entropie de la vapeur saturée Entropie de la vapeur surchauffée XII.5.1 : Variation d entropie ( liquide saturant Vapeur saturée sèche) XII.5.2 : Cas de la vapeur saturée humide XII.5.3 : Entropie de la vapeur surchauffée XII.6 : Energie interne d une vapeur saturée et surchauffée XII.7 : Enthalpie d une vapeur saturée et surchauffée XII.8 : Vaporisation dans les diagrammes ( P,V et T,S) XII.9 : Equilibre liquide - Vapeur Tables Thermodynamiques.