Power engineering M1 (ENER811_ENESBM1)

Volume horaire

CM : 27h / TD : 40,5h

Présentation

Ce module est la suite du cours de thermodynamique et de transfert de chaleur des semestres 5 et 6. La partie thermodynamique est appliquée aux composants et aux systèmes énergétiques. Les bilans d'énergie et d'entropie sont traités avant d'aborder les systèmes énergétiques (moteurs, turbine à gaz, machine à vapeur, pompes à chaleur...)La partie transferts avancés explique les phénomènes physiques gouvernant les transferts convectifs et les transferts avec changement de phase liquide-vapeur. Elle décrit et met en oeuvre les principales corrélations utiles à l'ingénieur pour quantifier ces transferts thermiques appliqués aux domaines liés à l'environnement, au bâtiment et à la production d'énergie.

This module is the continuation of the basic courses of thermodynamics and heat transfer of previous semesters. The thermodynamic part is applied to the components and energy systems. Energy and entropy balances are dealt with before addressing energy systems (engines, gas turbines, steam engines, heat pumps, etc.). The advanced transfer part explains the physical phenomena governing convective transfers with liquid-vapor phase change. It describes and implements the main correlations useful to the engineer to quantify these thermal transfers applied to the fields related to the environment, the building and the production of energy.

Objectifs

Ce cours vise à rendre l'élève apte à :	Niveau	A l'issue de ce cours l'élève sera capable :
décrire le mode de fonctionnement des différents composants d'un système énergétique	Maîtrise	d'analyser le rendement des composants de machines thermiques, de faire un bilan de matière, d'énergie et d'entropie d'un système ouvert, d'utiliser des tables et des diagrammes thermodynamiques
expliquer le fonctionnement des différents cycles moteurs classiques et de la pompe à chaleur (PAC) dans ses différents modes de fonctionnement et quantifier leurs performances	Maîtrise	d'analyser le fonctionnement et le rendement des différentes machines thermiques, d'expliquer les différences entre les différents cycles moteurs et les différents modes de fonctionnement de la PAC
Décrire et quantifier les transferts thermiques convectifs dans configurations usuelles	Maîtrise	De décrire les phénomènes physiques contrôlant les transferts convectifs, de choisir et d’utiliser les corrélations de la littérature dédiées aux transferts en convection forcée, de choisir et d’appliquer les corrélations de la littérature dédiées aux transferts en convection naturelle
Estimer les transferts thermiques avec changement de phase dans des configurations simples	Application	de décrire les transferts thermiques et les écoulements avec changement de phase liquide-vapeur, de mettre en œuvre des corrélations de la littérature en ébullition libre, en ébullition convective, en condensation sur une plaque et au sein d’un tube.

The aim of this course is to make students :	Level	At the end of this course the student will be able to:
Describe how the various components of an energy system function	Master	To analyze the performance of the components of thermal machines, to make a mass balance, energy and entropy of an open system, to use tables and thermodynamic diagrams
Explain the functioning of the various conventional motor cycles and the heat pump in its various modes of operation and quantify their performance	Master	To analyze the operation and the efficiency of the various thermal machines, to explain the differences between the different driving cycles and the different modes of operation of the heat pump
Describe and quantify convective heat transfer in standard configurations	Master	To describe the physical phenomena controlling convective transfers, to choose and use the correlations of the literature dedicated to forced convection transfers, to choose and apply the correlations of the literature dedicated to transfers in natural convection
Estimating heat transfer with phase change in simple configurations	Application	To describe heat transfer and flow with liquid-vapor phase change, to apply correlations of the literature in free boiling, convective boiling, condensation on a plate and within a tube.

The aim of this course is to make students :	Level	At the end of this course the student will be able to:
Describe how the various components of an energy system function	Master	To analyze the performance of the components of thermal machines, to make a mass balance, energy and entropy of an open system, to use tables and thermodynamic diagrams
Explain the functioning of the various conventional motor cycles and the heat pump in its various modes of operation and quantify their performance	Master	To analyze the operation and the efficiency of the various thermal machines, to explain the differences between the different driving cycles and the different modes of operation of the heat pump
Describe and quantify convective heat transfer in standard configurations	Master	To describe the physical phenomena controlling convective transfers, to choose and use the correlations of the literature dedicated to forced convection transfers, to choose and apply the correlations of the literature dedicated to transfers in natural convection
Estimating heat transfer with phase change in simple configurations	Application	To describe heat transfer and flow with liquid-vapor phase change, to apply correlations of the literature in free boiling, convective boiling, condensation on a plate and within a tube.

Pré-requis

Bases générales de mécanique des fluides, en transferts thermiques et en thermodynamique

Strong bases of fluid mechanics, heat transfer and thermodynamics

Plan du cours

Thermodynamique

- Bilan de matière, d'énergie et d'entropie en systèmes ouverts et fermés

- Diagrammes thermodynamiques

- Machines thermiques

- Moteurs

- Pompes à chaleur

Transferts avancés

- Convection forcée externe

- Convection forcée interne

- Convection naturelle

- Thermodynamique du changement de phase

- Ebullition

Condensation

Thermodynamics

- mass, energy and entropy balances in open and closed systems
- Thermodynamic diagrams
- Thermal machines
- Engines
- Heat pumps

Advanced transfers

- External forced convection
- Internal forced convection
- Natural convection
- Thermodynamics of phase change
- Boiling

- Condensation

Bibliographie

Thermodynamique :

- Thermodynamique, L.Couture, Ch. Chaine, R. Zitoun, Dunod Université Ed. 1989, 337 pages

- Heat and Thermodynamics, M.W. Zemansky, R.H. Dittman, Mc Graw Hill-Science 7th Ed. 1996, 487 pages

- Thermodynamique et Energétique, Lucien BOREL, Presses Polytechniques Universitaires Romandes, 692 pages

- Introduction to thermal systems engineering, Moran, Shapiro, Munson, Dewitt, Wiley, 561 pages

Transferts avancés :

- Handbook of Phase Change: Boiling and Condensation by S. G. Kandlikar New York Academic Press

- Convective Boiling and Condensation by John G. Collier and John R. Thome Oxford Engineering Science Series

- Liquid Vapor Phase Change Phenomena: An Introduction to the Thermophysics of Vaporization and Condensation Processes in Heat Transfer Equipment by Van P. Carey

- Fundamentals of Heat and Mass Transfer (Hardcover) by Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, New York Acedemic Press.

- Techniques de l'ingénieur: convection thermique et massique (principes généraux, partie 1, partie 2) Transferts en changement de phase (ébullition libre, ébullition convective, condensation sur des surfaces lisses)

Thermodynamics :