Chapitre 3
61
Introduction
Dans le précédent chapitre, nous avons quantifié les échanges d’énergie
au sein des systèmes fermés. Ce chapitre 3 (les systèmes ouverts) a pour but
de répondre à une question similaire : comment quantifier les transferts
d’énergie au sein d’un système lorsqu’il est traversé par un flux de masse ?
3.1 Pourquoi utiliser un système ouvert ?
Dans de nombreuses machines, le fluide utilisé pour transférer de la chaleur
et du travail circule de façon continue. Il peut alors être difficile d’identifier
une quantité de masse fixe pour en faire un système fermé et y quantifier les
transferts d’énergie. Par exemple, dans une tuyère de turboréacteur, l’air se
détend et accélère continûment : à un instant donné il n’y a pas de volume
identifiable qui aurait une vitesse ou une pression particulière.
L’emploi d’un système ouvert nous est très utile pour comptabiliser l’énergie
dans les flux. Plutôt que de séparer les étapes dans le temps (par exemple
avant et après une compression) nous allons quantifier les transferts de
travail et de chaleur en séparant les étapes dans l’espace (par exemple en
amont et en aval du compresseur).
3.2 Conventions de comptabilité
3.2.1 Le système ouvert
« Les difficultés de construction
qui doivent être surmontées dans un
moteur à gaz puissant, à cause des pressions énormes sur les pistons et de la
dilatation des culasses (gare aux fissures !) sont bien connues. Une turbine
à gaz sûre serait, de ce point de vue,
une amélioration. »
Aurel Stodola, 1904
Die Dampfturbinen [26, 27]
Nous appelons système ouvert un sujet d’étude arbitraire dont les frontières
sont perméables à la masse (figure 3.3). En général, son volume peut changer,
et il peut posséder plusieurs entrées et sorties, chacune avec un débit et une
pression différents.
Figure 3.1 – Conventions de signe pour un système ouvert. Les flux entrants sont
positifs, les flux sortants sont négatifs ; ils sont tous représentés avec des flèches
rentrantes.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
61
Introduction
Dans le précédent chapitre, nous avons quantifié les échanges d’énergie
au sein des systèmes fermés. Ce chapitre 3 (les systèmes ouverts) a pour but
de répondre à une question similaire : comment quantifier les transferts
d’énergie au sein d’un système lorsqu’il est traversé par un flux de masse ?
3.1 Pourquoi utiliser un système ouvert ?
Dans de nombreuses machines, le fluide utilisé pour transférer de la chaleur
et du travail circule de façon continue. Il peut alors être difficile d’identifier
une quantité de masse fixe pour en faire un système fermé et y quantifier les
transferts d’énergie. Par exemple, dans une tuyère de turboréacteur, l’air se
détend et accélère continûment : à un instant donné il n’y a pas de volume
identifiable qui aurait une vitesse ou une pression particulière.
L’emploi d’un système ouvert nous est très utile pour comptabiliser l’énergie
dans les flux. Plutôt que de séparer les étapes dans le temps (par exemple
avant et après une compression) nous allons quantifier les transferts de
travail et de chaleur en séparant les étapes dans l’espace (par exemple en
amont et en aval du compresseur).
3.2 Conventions de comptabilité
3.2.1 Le système ouvert
« Les difficultés de construction
qui doivent être surmontées dans un
moteur à gaz puissant, à cause des pressions énormes sur les pistons et de la
dilatation des culasses (gare aux fissures !) sont bien connues. Une turbine
à gaz sûre serait, de ce point de vue,
une amélioration. »
Aurel Stodola, 1904
Die Dampfturbinen [26, 27]
Nous appelons système ouvert un sujet d’étude arbitraire dont les frontières
sont perméables à la masse (figure 3.3). En général, son volume peut changer,
et il peut posséder plusieurs entrées et sorties, chacune avec un débit et une
pression différents.
Figure 3.1 – Conventions de signe pour un système ouvert. Les flux entrants sont
positifs, les flux sortants sont négatifs ; ils sont tous représentés avec des flèches
rentrantes.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen