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Chapitre 3
Figure 3.14 – Schéma de principe d’une installation
génératrice hydraulique.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
L’ingénieur/e étudie ensuite une configuration différente (figure 3.15). La turbine garderait les mêmes caractéristiques, mais serait positionnée plus en aval de
la retenue d’eau (décalage de 25 m horizontalement et
autant verticalement).
Figure 3.15 – Schéma de principe de l’installation modifiée. Une conduite rigide amène l’eau jusqu’à la turbine
placée plus en contrebas.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
2. Quelle serait alors la puissance transmise ?
3.6 Système de post-combustion
Pour augmenter la poussée qu’elle génère, on modifie la
tuyère de l’exercice 3.4 pour y ajouter un appareillage
de réchauffe (la réchauffe est souvent appelée postcombustion, cf. §10.6.2 p. 301). Il s’agit d’un ensemble
de brûleurs qui permettent une seconde combustion de
carburant dans le moteur, juste avant que l’air n’entame
sa détente dans la tuyère (figure 3.16). Après la seconde
combustion, l’air effectue sa détente et son accélération
jusqu’à la pression atmosphérique.
À l’entrée, les conditions sont identiques à celles indiquées dans l’exercice 3.4.
La puissance spécifique apportée sous forme de chaleur
par les brûleurs atteint 1 322,5 kJ kg
−1 . Le carburant
brûlé a une capacité calorifique massique de 30 MJ kg
−1 .
La combustion se fait à pression constante et elle n’augmente pas l’énergie cinétique du gaz.
Lorsque l’air termine son accélération, on peut prédire
son énergie interne à 1 406,4 kJ kg
−1 et son volume spécifique à 5,59 m
3 kg
−1 .
1. Quelle est l’augmentation de la vitesse d’éjection
(et ainsi de la poussée) générée par la postcombustion ?
2. Quel débit de carburant doit-on injecter dans les
brûleurs, en kg/h ?
3. Quel est le débit volumique d’air après son accélération finale ?
4. Quelle est l’efficacité de la postcombustion, c’està-dire le rapport entre l’augmentation de l’énergie
cinétique des gaz et l’augmentation de la puissance
à apporter sous forme de chaleur ?
Figure 3.16 – Schéma de principe d’un système de postcombustion. Son fonctionnement est étudié en §10.6.2
p. 301
Schéma CC-by-sa Olivier Cleynen
3.7 Turbine à vapeur
Une turbine à vapeur de petite taille dégage 500 kW de
puissance, avec un débit massique de 1,35 kg s
−1 .
La vitesse moyenne de la vapeur est de 60 m s
−1 à l’entrée, 360 m s
−1 à la sortie ; elle gagne 3 m d’altitude au
cours du parcours. La perte de chaleur représente 3 kW.
1. Quelles sont les variations d’énergie cinétique,
d’énergie potentielle et d’enthalpie de la vapeur,
lorsqu’elle traverse la turbine ?
2. Puisque la perte de chaleur est de 3 kW, pourquoi
ne pas isoler thermiquement la turbine pour pouvoir récupérer cette puissance sous forme de travail ?
3.8 Turbines théorique et réelle
Dans la turbine libre du turbomoteur d’un hélicoptère,
l’air est détendu pour extraire du travail transmis aux
deux rotors. Les caractéristiques sont les suivantes :
• Débit de masse :
2 kg s
−1
• Pertes sous forme de chaleur : négligeables
• Entrée :
4 bar et 0,41 m
3 kg
−1
• Pression de sortie :
1,1 bar
Dans le cas le plus favorable, la détente se ferait de
façon réversible et l’air suivrait une relation de type
í µí±í µí±£
1,4 = í µí± (où í µí± est une constante).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 3
Figure 3.14 – Schéma de principe d’une installation
génératrice hydraulique.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
L’ingénieur/e étudie ensuite une configuration différente (figure 3.15). La turbine garderait les mêmes caractéristiques, mais serait positionnée plus en aval de
la retenue d’eau (décalage de 25 m horizontalement et
autant verticalement).
Figure 3.15 – Schéma de principe de l’installation modifiée. Une conduite rigide amène l’eau jusqu’à la turbine
placée plus en contrebas.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
2. Quelle serait alors la puissance transmise ?
3.6 Système de post-combustion
Pour augmenter la poussée qu’elle génère, on modifie la
tuyère de l’exercice 3.4 pour y ajouter un appareillage
de réchauffe (la réchauffe est souvent appelée postcombustion, cf. §10.6.2 p. 301). Il s’agit d’un ensemble
de brûleurs qui permettent une seconde combustion de
carburant dans le moteur, juste avant que l’air n’entame
sa détente dans la tuyère (figure 3.16). Après la seconde
combustion, l’air effectue sa détente et son accélération
jusqu’à la pression atmosphérique.
À l’entrée, les conditions sont identiques à celles indiquées dans l’exercice 3.4.
La puissance spécifique apportée sous forme de chaleur
par les brûleurs atteint 1 322,5 kJ kg
−1 . Le carburant
brûlé a une capacité calorifique massique de 30 MJ kg
−1 .
La combustion se fait à pression constante et elle n’augmente pas l’énergie cinétique du gaz.
Lorsque l’air termine son accélération, on peut prédire
son énergie interne à 1 406,4 kJ kg
−1 et son volume spécifique à 5,59 m
3 kg
−1 .
1. Quelle est l’augmentation de la vitesse d’éjection
(et ainsi de la poussée) générée par la postcombustion ?
2. Quel débit de carburant doit-on injecter dans les
brûleurs, en kg/h ?
3. Quel est le débit volumique d’air après son accélération finale ?
4. Quelle est l’efficacité de la postcombustion, c’està-dire le rapport entre l’augmentation de l’énergie
cinétique des gaz et l’augmentation de la puissance
à apporter sous forme de chaleur ?
Figure 3.16 – Schéma de principe d’un système de postcombustion. Son fonctionnement est étudié en §10.6.2
p. 301
Schéma CC-by-sa Olivier Cleynen
3.7 Turbine à vapeur
Une turbine à vapeur de petite taille dégage 500 kW de
puissance, avec un débit massique de 1,35 kg s
−1 .
La vitesse moyenne de la vapeur est de 60 m s
−1 à l’entrée, 360 m s
−1 à la sortie ; elle gagne 3 m d’altitude au
cours du parcours. La perte de chaleur représente 3 kW.
1. Quelles sont les variations d’énergie cinétique,
d’énergie potentielle et d’enthalpie de la vapeur,
lorsqu’elle traverse la turbine ?
2. Puisque la perte de chaleur est de 3 kW, pourquoi
ne pas isoler thermiquement la turbine pour pouvoir récupérer cette puissance sous forme de travail ?
3.8 Turbines théorique et réelle
Dans la turbine libre du turbomoteur d’un hélicoptère,
l’air est détendu pour extraire du travail transmis aux
deux rotors. Les caractéristiques sont les suivantes :
• Débit de masse :
2 kg s
−1
• Pertes sous forme de chaleur : négligeables
• Entrée :
4 bar et 0,41 m
3 kg
−1
• Pression de sortie :
1,1 bar
Dans le cas le plus favorable, la détente se ferait de
façon réversible et l’air suivrait une relation de type
í µí±í µí±£
1,4 = í µí± (où í µí± est une constante).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen