Reconsidération du moteur de Carnot : de la faisabilité thermodynamique à la faisabilité technique - Université de Lorraine Access content directly
Master Thesis Year : 2013

Reconsidération du moteur de Carnot : de la faisabilité thermodynamique à la faisabilité technique

Abstract

Sadi Carnot's work places the foundations of thermodynamics equilibrium. Carnot cycle is the thermostatic limit to convert thermal energy into mechanical energy and involves the process of reversibility. This ideal cycle does not allow the realization of a Carnot engine physically realistic. The "Finite Dimension Thermodynamics" or "Finite Time Thermodynamics" has optimally dimensioned and realistic a Carnot engine. The model used is a thermomechanical converter taking into account the internal irreversibility, heat losses and including source and heat sink of finite heat capacity. The optimization is performed to maximize the power and released for various constraints finitude. The high and low temperature fluid cycle are taken as variables, and the efficiencies exchanger, the heat release rates, the number of transfer units and finally the exchange surfaces. The entropic analysis is used to define dissipative processes, such as losses in the heat exchangers, and introduce them into the model. A simplified model in half-exchangers is also provided and allows the coupling losses and heat transfer. Finally the comparison of two main optimization, maximizing the power released and minimizing the creation of entropy criteria is performed at different scales, the converter, the system alone and the system in its environment. The non-equivalence of these criteria involves the use of a mixed criterion, said "ecological", combining the two objectives.
Les travaux de Sadi Carnot posent les bases de la thermodynamique de l'équilibre. Le cycle de Carnot constitue la limite thermostatique de conversion de l'énergie thermique en énergie mécanique et implique la réversibilité des processus. Ce cycle idéal ne permet pas la réalisation d'un moteur de Carnot physiquement réaliste. La "Thermodynamique en Dimensions Finies" ou "Thermodynamique en Temps Fini" a permis de dimensionner de façon optimale et réaliste un moteur de Carnot. Le modèle utilisé est un convertisseur thermomécanique prenant en compte les irréversibilités internes, les pertes thermiques et comprenant des source et puits de chaleur de capacités thermiques finies. L'optimisation est réalisée pour maximiser la puissance libérée et pour différentes contraintes de finitude. Les températures haute et basse du fluide cyclé sont prises comme variables, puis les efficacités d'échangeur, les débits calorifiques, les nombres d'unités de transfert et enfin les surfaces d'échange. L'analyse entropique permet de définir les processus dissipatifs, tels que les pertes de charge dans les échangeurs, et de les introduire dans la modélisation. Un modèle simplifié en demi-échangeurs est également proposé et permet de coupler pertes de charge et transfert thermique. Enfin la comparaison de deux critères principaux d'optimisation, la maximisation de la puissance libérée et la minimisation de la création d'entropie est réalisée à différentes échelles, celle du convertisseur, celle du système seul et celle du système dans son environnement. La non équivalence de ces deux critères implique l'utilisation d'un critère mixte dit écologique alliant les deux objectifs.
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Cite

Mathilde Blaise. Reconsidération du moteur de Carnot : de la faisabilité thermodynamique à la faisabilité technique. Génie des procédés. 2013. ⟨hal-01862170⟩
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