Durée
35h Th, 7h Pr, 4h Labo.
Nombre de crédits
| Master : ingénieur civil en chimie et science des matériaux, à finalité | 4 crédits |
Enseignant
Langue(s) de l'unité d'enseignement
Langue anglaise
Organisation et évaluation
Enseignement au deuxième quadrimestre
Horaire
Unités d'enseignement prérequises et corequises
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement
L'objectif du cours est de familiariser l'étudiant(e) avec le fonctionnement et l'utilisation de machines destinées à échanger de l'énergie avec un fluide qui les traverse, avec focus sur les processus industriels. Ceci comprend les considérations utiles au choix de la machine; la compréhension des caractéristiques d'opération; la détermination du point de fonctionnement de la machine et du réseau fluidique qui l'entoure; les stratégies de contrôle, et comment éviter des régimes d'opération détrimentaux.
Après une brève introduction à la taxonomie et principes de fonctionnement des différentes machines, le cours consiste de trois parties. Une première partie consiste des principes générales, commencant par la consolidation et intégration des connaissances préliminaires en dynamiques de fluides et thermodynamique, et leur extension aux machines tournantes.
Les deux parties suivantes discutent les machines hydrauliques et à gaz respectivement.
Comme le cours ne couvre pas tous les types de machines, voire toutes les applications, le focus est limité. Le cours prévoit du temps pour traiter un nombre de sujets en fonction des souhaits des étudiants.
Principes générales:
- révision de la dynamique des fluides et thermodynamique: équations de Navier et Stokes; identification du 1er et 2ème loi de thermodynamique dans les équations de transport; couches limites, transition et separation; écoulement autour de profils;
- similitude: approche générale; utilisation; application à quelques examples; classification de machines en fonction de nombres adimensionnelles;
- dynamique des fluides en machines tournantes: calcul du couple et de la puissance, et triangles de vitesse; lien entre pression, role de l'energie cinétique dans l'échange de l'énergie dans la machine;
Machines hydrauliques:
- hydrodynamique: équation de Bernoulli, énergie hydraulique, hauteur et pression totale;
- réseaux hydrauliques: diagramme des hauteurs, pertes mineures et majeures, branchements; bilan d'énergie et rendement, coup de bélier
- cavitation: phénomène physique, paramètres importants et endommagement; quantification du risque;
- turbopompes: opération des machines centrifuges/radiales et axiales, classification selon la vitesse spécifique; cavitation; caractéristiques d'opération; point d'opération et régulation dans un circuit hydraulique;
- pompes volumétriques: types et classification selon la vitesse spécifique; bilan des puissances et rendements internes; caractéristiques d'opération; cavitation; point d'opération et régulation dans les circuits.
Machines à gaz
- dynamique des gaz: vitesse de son; conditions totales; expansions et chocs; diagrammes h-s et p-v; isobars, isentropes, polytropes; identification du travail et échange de chaleur;
- circuits: blocage sonique et conditions critiques; écoulements de Fanno et Rayleigh flow; choc; régimes dans la tuyère de de Laval;
- similitude appliquée aux machines à gaz; conditions corrigées;
- turbocompresseurs: types; diagramme de Mollier h-s et lien avec les triangles de vitesse, définition des rendements; lignes et cartes d'opération; limites d'opération : décrochage tournant, pompage et blocage sonique;
- compresseurs volumétriques: types et opération; caractéristiques et limites d'opération.
- turbo-expanseurs: types et opération; lignes et cartes d'opération; limites d'opération: choke.
Sur demande
Un partie du temps est prévu pour traiter des sujets sur demande. Ceci peut comprendre des sujets en génération d'énergie, en particulier les turbines hydrauliques, éoliennes, cycles Brayton et Rankine et dérivés; une autre catégorie concerne les différents moyens de propulsion aéronautique. Cette liste n'est pas exhaustive.
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement
Les connaissances et compétences ciblés par ce cours sont:
- comprendre le fonctionnement et savoir quantifier la performance des machines
- choisir les machines en fonction de leur application
- déterminer le point d'opération et la stratégie de régulation dans un réseau
Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, II.1, II.2, III.1, III.2, IV.1, IV.4, VI.1, VI.2, VII.2, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil en chimie et science des matériaux.
Savoirs et compétences prérequis
thermodynamique, mécanique des fluides
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement
Sessions de cours sur théorie et questions; exercices à préparer par l'étudiant; laboratoire sur la mesure des caractéristiques d'une pompe centrifuge; fora sur théorie et exercices sur e-campus
Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)
Cours donné exclusivement en présentiel
Explications complémentaires:
Préparation des exercices par l'étudiant après résolution de quelques exercices types en classe, combinée avec sessions Q&A.
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours
Syllabus et receuil d'exercices distribués sous forme pdf sur e-campus (sujet à des évolutions/corrections sur l'année)
Modalités d'évaluation et critères
Examen(s) en session
Toutes sessions confondues
- En présentiel
évaluation écrite ( questions ouvertes ) ET évaluation orale
- En distanciel
évaluation écrite ( questions ouvertes ) ET évaluation orale
Travail à rendre - rapport
Explications complémentaires:
rapport de laboratoire (1/3), examen d'exercices écrit (1/3), examen oral de théorie (1/3)
Stage(s)
N/A
Remarques organisationnelles
Contacts
koen.hillewaert@uliege.be