CYCLE en THERMODYNAMIQUE

-cycle en thermodynamique

Un cycle thermodynamique est une transformation périodique qui, à partir d'une situation d'équilibre et après plusieurs transformations, revient au point de départ et recommencera ensuite à l'identique. Nota : on lit parfois «processus cyclique» en synonymie

 

CYCLE THERMODYNAMIQUE en GENERAL

Pour obtenir du travail avec de la chaleur,on suit un processus qui est toujours schématisable par un cycle de 4 transformations :

1 compression et 1 détente,entrecoupées de 2 autres transformations (échauffement-refroidissement ou à nouveau détente,puis compression)

A chaque étape,on représente sur la courbe du cycle(un quadrilatère) la fonction p(V) =pression,fonction du volume

 

CYCLE de CARNOT

Exemple typique de cycle thermodynamique, c'est une transformation cyclique, constituée de 4 processus A,B,C,D successifs et réversibles 2 à 2, subis par un fluide assimilé à un gaz parfait et nommé agent moteur.

-La partie A est une détente (perte de pression) à température constante TA (donc isotherme) Le volume est VAd au début et VAf à la fin du cycle

La machine fournit un travail,récupéré par le fluide sous forme de chaleur  

Eq = k.TA.log(VAf / VAd)

-La partie B : une détente (perte de pression) avec baisse de température TB < TA (mais adiabatique-sans transfert de chaleur-)

La machine fournit un travail WA = Cv.(TB - TA) où Cv est la capacité calorifique à volume constant

-La partie C : une compression (augmentation de pression) avec maintien de la nouvelle température TB (soit à nouveau isotherme).

Le volume est VCd au début et VCf à la fin du cycle

Le fluide perd de la chaleur Eq,récupérée partiellement par la machine:  

Eq = r.k.TB.log(VCf / VCd)

-La partie D : une compression avec en outre augmentation de température pour revenir à la température initiale TA (cycle encore adiabatique)

Le fluide perd de la chaleur, récupérée partiellement en travail par la machine et ce travail est WD = Cv.(TA - TB)

Les modifications de températures- aux transformations B et D ci-dessus-sont assurées par deux sources de chaleur (1 chaude et 1 froide) qui encaissent ou décaissent la chaleur en cause sans en être nettement affectées,parce qu’elles ont de grosses inerties thermiques

Le rendement thermique est  r = 1- (T2 / T1) où (T2 / T1) est anergétique, c'est à dire non convertible en une autre forme d’énergie

Le théorème de Carnot pour un système ditherme, dans un cas pratique d’irréversibilité

dit: (Eq1 / T1) + (Eq2/ T2) < 0

où Eq1 et q2(J)= énergies calorifiques reçues par le corps qui subit l'évolution entre

T1 etT2(K)= températures des 2 sources

 

CYCLE de DIESEL

-La partie A: une compression à entropie constante (donc adiabatique)

-La partie B: un échauffement (augmentation de température) à pression constante (donc isobare)

-La partie C: une détente à entropie constante (donc adiabatique)

-La partie D: un refroidissement à volume constant (donc isochore)

 

CYCLE de JOULE-BRAYTON

Ici le fluide est l'air

-La partie A: une compression à entropie constante (donc isentropique): augmentation de T

-La partie B: un refroidissement -en serpentin-(diminution de température) à pression constante (donc isobare): abandon d'énergie thermique

-La partie C: une détente -par piston- à entropie constante (donc isentropique):T diminue

-La partie D: un réchauffement -en serpentin- à pression constante (donc isobare):

prélèvement d'énergie à la source froide

 

CYCLE de JOULE

Ressemble au cycle ci-dessus:

-une compression isentropique:augmentation de T--puis inflammation isobare--puis détente isentropique --puis éjection isobare

C'est le cycle des moteurs à réaction

 

D'AUTRES CYCLES pratiques existent dans des machines, genres Clausius, Hirn, Otto, de Rochas, Stirling,...

Le rendement de ces cycles est le rapport des énergies (arrivée / départ)

 

SYSTÈMES FERMÉS et OUVERTS

Les processus peuvent s'appliquer à un système fermé (le fluide servant aux échanges de température est enfermé,donc a une masse invariable)

la loi usuelle p.V = R*.T s'applique

Dans un système ouvert,il y a échange massique avec l'extérieur et il y a donc une énergie différentielle à inclure dans le bilan (1° principe de Thermodynamique) La loi ci-dessus ne s'applique alors qu’avec approximation et c'est au détriment du rendement

 

PROCESSUS de DIFFUSION

Exprime l’évolution d'un système dans une diffusion sans tourbillons

 

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