5 • Cycles
thermodynamiques
189
5.3 Les cycles moteurs à gaz
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
élevés correspondent à des températures élevées. Les cycles à vapeur ne
permettent pas réellement de tirer profit des températures élevées de la
combustion, d’où l’intérêt d’utiliser des gaz comme fluides thermodynamiques avec la perspective d’utiliser des cycles fonctionnant aux hautes
températures obtenues par la combustion.
De nombreux moteurs thermiques utilisent un gaz (très souvent l’air)
comme fluide de travail. Le moteur automobile à combustion, les
moteurs à réaction des avions ainsi que les turbines à gaz pour générer
de l’électricité sont les exemples les plus répandus des moteurs à gaz.
Dans tous les moteurs cités à l’instant, il y a changement de composition
chimique du gaz au cours du procédé provenant de la combustion du
mélange combustible + air. C’est la raison pour laquelle ces moteurs
sont appelés moteurs à combustion interne par opposition aux moteurs
à cycles fermés à vapeur et à source chaude externe présentés précédemment, dans lesquels la chaleur à la source chaude provient soit de la
combustion externe d’un combustible fossile ou d’une autre énergie
(nucléaire, solaire, rejet thermique, etc.). De plus, les cycles à gaz à combustion interne sont caractérisés par le fait que, très souvent, ce sont des
cycles ouverts par opposition aux cycles de vapeur qui sont, généralement, des cycles fermés.
5.3.1 Les hypothèses pour l’analyse des cycles ouverts
L’analyse thermodynamique de ces cycles ouverts diffère de celle des
cycles fermés dans la mesure où le fluide de travail ne décrit pas un cycle
puisque le gaz n’est pas recyclé : l’état du gaz d’échappement est différent de celui du gaz d’admission. Pour analyser ces cycles à combustion
interne, il est courant d’assimiler ces moteurs à des cycles fermés qui
rendent bien compte des cycles ouverts. À cette fin, les approximations
suivantes sont effectuées :
– la combustion est assimilée à un transfert de chaleur provenant d’une
source extérieure de chaleur;
– le cycle est artificiellement fermé en considérant des transferts de chaleur avec le milieu extérieur (pour simuler l’admission et l’échappement des gaz dans un moteur réel);
– tous les échanges et transferts internes sont réversibles;
– on considère l’air comme un gaz parfait.
thermodynamiques
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5.3 Les cycles moteurs à gaz
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
élevés correspondent à des températures élevées. Les cycles à vapeur ne
permettent pas réellement de tirer profit des températures élevées de la
combustion, d’où l’intérêt d’utiliser des gaz comme fluides thermodynamiques avec la perspective d’utiliser des cycles fonctionnant aux hautes
températures obtenues par la combustion.
De nombreux moteurs thermiques utilisent un gaz (très souvent l’air)
comme fluide de travail. Le moteur automobile à combustion, les
moteurs à réaction des avions ainsi que les turbines à gaz pour générer
de l’électricité sont les exemples les plus répandus des moteurs à gaz.
Dans tous les moteurs cités à l’instant, il y a changement de composition
chimique du gaz au cours du procédé provenant de la combustion du
mélange combustible + air. C’est la raison pour laquelle ces moteurs
sont appelés moteurs à combustion interne par opposition aux moteurs
à cycles fermés à vapeur et à source chaude externe présentés précédemment, dans lesquels la chaleur à la source chaude provient soit de la
combustion externe d’un combustible fossile ou d’une autre énergie
(nucléaire, solaire, rejet thermique, etc.). De plus, les cycles à gaz à combustion interne sont caractérisés par le fait que, très souvent, ce sont des
cycles ouverts par opposition aux cycles de vapeur qui sont, généralement, des cycles fermés.
5.3.1 Les hypothèses pour l’analyse des cycles ouverts
L’analyse thermodynamique de ces cycles ouverts diffère de celle des
cycles fermés dans la mesure où le fluide de travail ne décrit pas un cycle
puisque le gaz n’est pas recyclé : l’état du gaz d’échappement est différent de celui du gaz d’admission. Pour analyser ces cycles à combustion
interne, il est courant d’assimiler ces moteurs à des cycles fermés qui
rendent bien compte des cycles ouverts. À cette fin, les approximations
suivantes sont effectuées :
– la combustion est assimilée à un transfert de chaleur provenant d’une
source extérieure de chaleur;
– le cycle est artificiellement fermé en considérant des transferts de chaleur avec le milieu extérieur (pour simuler l’admission et l’échappement des gaz dans un moteur réel);
– tous les échanges et transferts internes sont réversibles;
– on considère l’air comme un gaz parfait.