MECA1855 Thermodynamique et Energétique
11 janvier 2007 – Série 1 Nom :
Prénom : NOMA :
Répondez à chaque question sur une feuille séparée. N’oubliez pas d’inscrire votre nom sur chaque feuille.
Vous pouvez disposer de vos rapports de laboratoires, de vos tables et diagrammes, de feuilles blanches et d’une machine à calculer.
1. Questions diverses
a. Définissez la transformation polytropique et établissez-en les équations appliquées au gaz idéal. (30%).
b. Dessinez les diagrammes p-v et T-s du cycle thermodynamique idéale d'une turbine à gaz. Quelles sont les 4 étapes du cycle? (25%).
c. Quels sont les avantages et les désavantages technologiques des turbines à gaz? (20%).
d. En utilisant la loi de Fourier : T 2 r
c k T q
t
, en régime permanent et en l'absence de source volumique de chaleur, déterminez le profil de température à travers une paroi plane, à faces parallèles, d’épaisseur e, dont les faces extérieures sont maintenues à températures constantes T1 et T2, T1 > T2 (25%).
2. Cinématique des turbomachines
a. Enoncez l’équation d’Euler pour les turbomachines.
b. A partir de quel principe physique obtient-on cette équation ? (La démarche complète permettant d’obtenir l’équation ne doit être faite que si vous en avez le temps à la fin de l’examen.)
c. Expliquez la signification physique des différents termes présents dans l’équation d’Euler écrite sous sa seconde forme.
d. Est-ce que l’équation du travail moteur est valable pour les étages de turbomachines ? Justifiez succinctement.
Question 3, 4 et 5 au verso !
3. Les cycles à vapeur
On considère un cycle moteur à vapeur simple équipé d’un soutirage.
a. Pour le cycle simple, on vous demande d’indiquer les valeurs actuellement pratiquées pour les paramètres qui conditionnent le rendement du cycle et de justifier brièvement à partir de considérations technologiques
b. Pour le cycle avec soutirage, on vous demande
- Dessinez le schéma de principe d'un tel cycle en précisant la nature exacte et le rôle de chacun des constituants.
- Illustrez qualitativement les évolutions thermodynamiques de la vapeur parcourant le cycle dans un diagramme (h,s).
- Expliquez physiquement pourquoi un tel cycle a toujours un meilleur rendement que le cycle de base équivalent.
- Démontrez mathématiquement que ce cycle est bien toujours meilleur (si vous en avez le temps à la fin de l’examen, pondération faible pour cette sous-question)
4. Exercice sur la combustion
Lors d'un essai de brûleur utilisant un combustible pulvérisé hydrocarboné CHy on a mesuré par voies indépendantes les teneurs suivantes dans les fumées de combustion:
[CO2]' = 13.56 %, [O2]' = 6.1 %, [CO]' = 0.00 %.
Quelle est la nature probable du combustible utilisé? Quel est le coefficient d'excès d'air pratiqué pour la combustion?
5. Laboratoires
A partir des résultats obtenus dans le cadre du laboratoire sur la pompe, déterminez la courbe caractéristique du circuit parcouru par le fluide lorsque la vanne est totalement ouverte.
Exprimez votre résultat mathématiquement en faisant apparaître clairement la dépendance en fonction du débit volumique. Justifiez le choix de la forme de la relation soit sur base des résultats obtenus soit à partir de considérations théoriques.
Un diagramme peut utilement illustrer votre réponse.
