| Titre : | Machines à froid et pompes à chaleur : de la théorie à la pratique ; cours et problèmes corrigés |
| Auteurs : | André Lallemand, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Paris [France] : Ellipses, DL 2015 |
| Collection : | Technosup (Paris), ISSN 1275-3955 |
| ISBN/ISSN/EAN : | 978-2-340-00401-6 |
| Format : | 1 vol. (XVI-340 p.) / ill. / 26 cm |
| Note générale : | Index |
| Langues: | Français |
| Index. décimale : | 621.402 1 |
| Catégories : |
[Agneaux] Pompes à chaleur > Manuels d'enseignement supérieur [Agneaux] Refroidissement > Manuels d'enseignement supérieur |
| Résumé : |
L'ouvrage développe une vue d'ensemble sur la production de chaleur et surtout de froid à partir de machines consommant de l'énergie mécanique ou thermique. Le domaine de températures exploré s'étend de quelques kelvins, jusqu'à quelques centaines de degrés Celsius.
Dans un souci de clarté et d'enchaînement rationnel, le livre rappelle d'abord les bases thermodynamiques nécessaires : conversion de l'énergie et caractéristiques des divers fluides intervenant dans les générateurs thermomécaniques. Puis il traite des machines classiques à compression mécanique à un ou plusieurs étages et à deux thermostats, ainsi que des fluides frigorigènes, frigoporteurs et caloporteurs. Les chapitres suivants sont réservés aux machines trithermes, aux thermofrigopompes, aux machines hybrides et à la recompression des vapeurs. Sont aussi présentés des systèmes moins courants comme les tubes de Ranque ou à gaz pulsé, les machines thermoacoustiques et à effet thermoélectrique et les machines cryogéniques. Enfin sont abordés des aspects plus techniques sur les compresseurs et les échangeurs thermiques, notamment les condenseurs et évaporateurs. Des problèmes types, relativement complexes, entièrement résolus couvrent une grande partie des applications des machines présentées. |
| Sommaire : |
SOMMAIRE....................................................................................................................... V
NOMENCLATURE ............................................................................................................ X Chapitre I. CONVERSION DE L'ÉNERGIE – MACHINES THERMIQUES ................... 1 1. Rappels de thermodynamique ...................................................................................... 1 1.1. Définitions et conventions 1 1.2. Conservation de l'énergie en systèmes fermés ou ouverts – Bilan enthalpique 4 1.3. Qualité de l'énergie - Entropie – Irréversibilités - Bilan entropique 7 2. Cycles thermodynamiques – Convertisseurs thermomécaniques – Rendements ....... 10 2.1. Cycles d'évolution – Moteurs et générateurs thermomécaniques 10 2.2. Rendements 11 2.3. Convertisseurs de Carnot 13 2.4. Convertisseurs à cycles quelconques 14 3. Exergie – Anergie – Bilans exergétiques ................................................................... 15 3.1. Définition de l'exergie 15 3.2. Exergie et irréversibilités 16 3.3. Transferts thermiques et flux exergétiques 17 3.4. Bilans exergétiques et anergétiques 19 3.5. Application à un convertisseur thermique 20 Chapitre II. CARACTÉRISTIQUES DES FLUIDES, ÉVOLUTIONS, TRANSFERTS . 22 1. Variation des fonctions d'état des fluides purs ........................................................... 22 1.1. Expressions des échanges thermiques - Coefficients calorimétriques 22 1.2. Expressions des variations des fonctions d'état 23 2. Caractéristiques des fluides - Diagrammes ................................................................ 24 2.1. Gaz parfait 24 2.2. Gaz réels et vapeurs 27 2.3. Liquides 31 2.4. Fluides diphasiques 33 2.5. Diagrammes complets 36 2.6. Cas des mélanges 37 VI SOMMAIRE 3. Polytropes et autres évolutions particulières .............................................................. 40 3.1. Évolutions polytropiques 41 3.2. Énergies mises en oeuvre - Rendements 42 3.3. Laminage 43 3.4. Compressions refroidies et étagées 43 4. Transferts de masse, de chaleur et de quantité de mouvement................................... 45 4.1. Bilan de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie cinétique 45 4.2. Bilan de l'énergie – Énergie thermique 48 4.3. Similitude et analyse dimensionnelle 50 Chapitre III. CYCLES DE BASE DES GÉNÉRATEURS À COMPRESSEURS ............ 53 1. Générateurs thermiques à gaz ..................................................................................... 53 1.1. Générateurs à cycles de Stirling ou d'Ericsson 53 1.2. Générateurs à cycle de Joule 60 1.3. Applications des cycles à gaz 67 2. Générateurs à compression de vapeur ........................................................................ 67 2.1. Cycle de base – cycle de Carnot 67 2.2. Cycle modifié – Cycle de Hirn inversé 68 2.3. Cycle réel à surchauffe et sous-refroidissement 70 2.4. Cycles particuliers 74 3. Bilans énergétiques et exergétiques............................................................................ 85 3.1. Cas d'une machine frigorifique 85 3.2. Cas d'une pompe à chaleur 89 Chapitre IV. FLUIDES FRIGORIGÈNES, CALOPORTEURS, FRIGOPORTEURS ..... 92 1. Fluides frigorigènes .................................................................................................... 92 1.1. Historique et contraintes environnementales 92 1.2. Nomenclature 94 1.3. Caractéristiques et critères de choix 95 1.4. Fluides préconisés pour les divers domaines d'application 97 1.5. Cas particuliers d'utilisation des mélanges zéotropiques et du CO2 98 2. Fluides caloporteurs.................................................................................................. 100 2.1. Cas des pompes à chaleur (PAC) 100 2.2. Cas des machines frigorifiques (MAF) 101 3. Fluides frigoporteurs ................................................................................................ 101 3.1. Cas des PAC 101 3.2. Cas des MAF 103 3.3. Critères de choix d'un frigoporteur 112 SOMMAIRE VII Chapitre V. MACHINES TRITHERMES ....................................................................... 113 1. Couplage moteur-générateur thermiques ................................................................. 113 1.1. Machines quadrithermes 113 1.2. Machines trithermes 114 2. Machines trithermes mécaniques ............................................................................. 117 2.1. Machines trithermes à motocompresseur 117 2.2. Machines à éjectocompression 118 3. Machines à sorption .................................................................................................. 123 3.1. Machines à absorption 123 3.2. Machines à résorption 135 3.3. Machine à adsorption 136 Chapitre VI. MACHINES ET PROCÉDÉS PARTICULIERS ........................................ 140 1. Thermofrigopompes ................................................................................................. 140 2. Machines hybrides .................................................................................................... 141 2.1. Machines à compression-absorption 141 2.2. Machines à compression-éjection 141 3. Recompression mécanique de vapeurs (RMV) ........................................................ 145 4. Systèmes basés sur des phénomènes physiques particuliers .................................... 146 4.1. Machines à gaz permanent 146 4.2. Production de froid ou de chaleur par effet thermoélectrique 151 Chapitre VII. MACHINES CRYOGÉNIQUES ............................................................... 157 1. Couplage de machines dithermes ............................................................................. 157 1.1. Machines à cycles polyétagés et fluide unique 157 1.2. Machines en cascade 159 2. Liquéfaction des gaz ................................................................................................. 162 2.1. Méthode par refroidissement externe 163 2.2. Méthode par compression et détente 163 3. Couplage de machines en cascade et de machines de liquéfaction .......................... 172 4. Effets thermomagnétiques ........................................................................................ 175 Chapitre VIII. COMPRESSEURS FRIGORIFIQUES .................................................... 178 1. Compresseurs volumétriques.................................................................................... 178 1.1. Compresseurs alternatifs 178 1.2. Compresseurs rotatifs 184 1.3. Particularités de fonctionnement et dispositifs 188 2. Compresseurs dynamiques ....................................................................................... 190 2.1. Présentation générale - Utilisation 190 VIII SOMMAIRE 2.2. Principe de fonctionnement - Caractéristiques 190 2.3. Fonctionnements semblables 197 2.4. Application aux machines à froid 197 Chapitre IX. ÉCHANGEURS THERMIQUES ............................................................... 199 1. Types d'échangeurs ................................................................................................... 199 2. Échangeurs sans changement de phase .................................................................... 201 2.1. Coefficient d'échange thermique global 201 2.2. Coefficients de transfert convectif 203 2.3. Pertes de charge 204 2.4. Moyenne logarithmique des différences de température (DTLM) 204 2.5. Efficacité d'un échangeur 208 2.6. Nombre d'unités de transfert (NUT) 211 2.7. Utilisation des diverses méthodes de calcul 212 3. Échangeurs avec changements de phase .................................................................. 213 3.1. Condensation 213 3.2. Ébullition 214 3.3. Condenseurs et évaporateurs 216 4. Analyse exergétique des échangeurs ........................................................................ 217 Chapitre X. PROBLÈMES D'APPLICATIONS .............................................................. 221 1. Générateurs thermiques à gaz ................................................................................... 221 1.1. Machine frigorifique à air à deux étages de compression : axial et centrifuge 221 1.2. Pompe à chaleur à air à compresseur axial à quatre étages 224 2. Générateurs thermiques à compression de vapeur ................................................... 228 2.1. Réfrigération d'une chambre froide par une machine frigorifique au R1234yf 228 2.2. Machine frigorifique à ammoniac et compresseur à piston mono-étagé 231 2.3. Pompe à chaleur au butane - Compresseur à piston – Condenseur, évaporateur233 2.4. Machine frigorifique utilisant de l'isobutane et un compresseur centrifuge 236 2.5. Machine frigorifique au CO2 et compresseur à piston 240 3. Machines multi-étagées à refroidissement intermédiaire ......................................... 242 3.1. Machine frigorifique à compresseur à pistons bi-étagé et refroidissement intermédiaire 242 3.2. Climatiseur au CO2 – Compresseur centrifuge bi-étagé à aubages normaux 244 3.3. Machine frigorifique bi-étagée avec un échangeur intermédiaire à mélange 246 3.4. Machine frigorifique à compression et détente étagées – Compresseur à pistons – Influence du volume mort 249 3.5. Pompe à chaleur à compression et détente bi-étagées, échangeur intermédiaire à surface d’échange et ballon séparateur de phases 252 SOMMAIRE IX 4. Comparaison générateur à gaz /générateur à vapeur ................................................ 256 4.1. Machine frigorifique au propane avec compresseur à pistons différentiels 256 4.2. Pompe à chaleur à très haute température - Cycles à vapeur en cascades 259 5. Machines trithermes ................................................................................................. 263 5.1. Machine frigorifique à absorption – Couple ammoniac-eau 263 5.2. Transformateur thermique à absorption – Couple eau/bromure de lithium – Calcul d'un échangeur thermique 266 5.3. Machine de climatisation solaire à éjectocompresseur 271 6. Machines particulières .............................................................................................. 274 6.1. Thermofrigopompe à deux étages avec un compresseur à vis 274 6.2. Concentration d'un lactosérum par compression mécanique de vapeur (CMV) 276 6.3. Réfrigération par effet Peltier 279 7. Machines cryogéniques ............................................................................................ 280 7.1. Machine de congélation à air - Compresseur centrifuge et turbine de détente 280 7.2. Production frigorifique à -140 °C à l'aide de trois machines en cascade – Étude des irréversibilités composant par composant 286 7.3. Liquéfaction – Comparaison entre machine de Hampton et machine de Claude292 Chapitre XI. ANNEXES .................................................................................................. 301 1. Tables thermodynamiques ........................................................................................ 301 2. Figures et diagrammes .............................................................................................. 303 3. Références bibliographiques .................................................................................... 332 INDEX .............................................................................................................................. 334 |
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