Pertes de charge & Compression

1

MECA 1855

THERMODYNAMIQUE ET ENERGETIQUE

Pertes de charge & Compression

H. Jeanmart

herve.jeanmart@uclouvain.be

Année académique 2011-2012

Evaluation du cours en 2008

On y apprend beaucoup…

On apprécie le cours…

3

Le cours comporte beaucoup de matières différentes…

Les enseignants doivent progresser… (les étudiants aussi)

Evaluation du cours en 2008

Plan du cours

5

A l’issue de ce cours, l’étudiant(e) sera capable de citer les

différents types de machines de compression et de pompage et d’en exposer les principes de fonctionnement.

A l’issue de ce cours, l’étudiant(e) sera capable de définir les zones de fonctionnement des différents types de machines de compression et de les justifier.

A l’issue de ce cours, l’étudiant(e) sera capable de définir et calculer le terme de pertes par frottements mécaniques dans le cas d‘écoulements établis en conduite et de pertes singulières.

7

Sommaire

Principes de fonctionnement et classification des compresseurs Les pertes de charge

Les turbocompresseurs – étude thermodynamique

•  rendement isentropique interne

•  rendement polytropique interne Le refroidissement intermédiaire

Lʼéquation dʼEuler

Approche cinématique des turbomachines La droite dʼEuler

Courbes caractéristiques et point de fonctionnement Les compresseurs à piston

Objectif de la compression

Augmenter la pression dʼune certaine masse de fluide par unité de temps à un coût minimal

Un compresseur est une machine réceptrice

9

Les différentes machines de compression

Si le fluide est un gaz, on parlera suivant le débit, le rapport de compression et le principe dʼinteraction entre fluide et lʼorgane moteur,

dʼun ventilateur dʼune soufflante

dʼun compresseur volumétrique dʼun turbocompresseur

Si le fluide est un liquide, on parlera plus simplement dʼun circulateur

dʼune pompe

Machines de compression – dénominations

Ventilateurs

Soufflantes

Compresseurs

10 . 1 05 . 1 1

/

2

p =  

p

0 . 2 1

. 1 /

2

p = 

p

20 0

. 2 /

2

p = 

p

100 20

/

2

p = 

p

2000 100

/

2

p = 

p

basses pressions hautes pressions hyper-compresseurs

11

Principe de fonctionnement du compresseur à piston

Type : compresseur volumétrique alternatif Débit : faible

Rapport de compression : élevé*

Le compresseur à piston – illustration

13

Le compresseur Roots

Type : compresseur volumétrique rotatif (soufflante) Débit : faible

Rapport de compression : faible*

Le compresseur à vis

Type : compresseur volumétrique rotatif (soufflante) Débit : faible

15

Le compresseur à palette

Type : compresseur volumétrique rotatif (soufflante) Débit : faible

Rapport de compression : faible*

Le circulateur

17

Type : compresseur rotatif radial ou turbocompresseur radial Débit : moyen

Rapport de compression : élevé

Le compresseur centrifuge

La roue d‘un compresseur centrifuge

19

http://www.youtube.com/watch?v=UjxexYy5p5Y

Le compresseur axial en mouvement!

Compresseur Turbine

Le compresseur axial

Type : compresseur rotatif axial ou turbocompresseur axial Débit : élevé

21

Domaines d‘utilisations des machines de compression

Retour sur les travaux de frottements

Expression mécanique du travail moteur

2

1

[ / ]

m f

W = ∫ vdp + Δ k g z W + Δ + J kg

Expression énergétique du travail moteur

[ / ]

W

= − Q + Δ h + Δ k g z J kg + Δ

23

Evaluation des travaux de frottements, la notion de pertes de charge

2 1

2

p ρ c ρ W p

⎛ ⎞

+ = = Δ

⎜ ⎟

⎝ ⎠

Diminution de pression de « charge » par « frottements »

Coefficient adimensionnelle de perte de charge

f f

dyn dyn

p W

p p

ζ ≡ ^Δ = ρ

La puissance dissipée varie comme le cube du débit

P

( W ) = m ! ! p

= ! mp !

! k m !

Pression totale !

Evaluation des travaux de frottements dans le cas des conduites droites

2

( )

f dyn

2

h

L c p Pa p

ζ λ D ρ

Δ = = 4

h

D S

= P

La valeur de λ ?

Régime d'écoulement

- Pour Re < 2000 : régime laminaire (profil parabolique de la vitesse) ⇒ - Pour Re > 2000 : régime turbulent (profil plat de la vitesse) ⇒

Rugosité relative

- Rugosité dite homogène ( expériences effectuées avec des grains de sable ) - Rugosité hétérogène (conduites industrielles)

64 λ = Re

λ ≈Cte

Dh

ε

-> voir cours MECA1321 (q2)

25

Evaluation des travaux de frottements dans le cas des

conduites droites

Evaluation des travaux de frottements dans le cas d‘un élargissement brusque d‘une conduite

Conservation de la masse

1 1 2 2

c A = c A

2

A

A = σ

Conservation de la qté de mvt

!

mc

+ p

A = mc !

+ p

A p

A ! p

A = mc !

! mc !

2 2 2

1 2

(

)

p − p = ρ σ c − σ c

2 2

1

( 1)

p ρ c

σ

Δ = −

0 0.2 0.4 0.6 0.8

ζ

27

Evaluation des travaux de frottements dans le cas d‘un changement brusque de direction

w

= ( ! c )

2

Evaluation des travaux de frottements dans les cas

plus complexes

29

source: www.iea.org 29