Durée
26h Th, 26h Pr
Nombre de crédits
Enseignant
Langue(s) de l'unité d'enseignement
Langue française
Organisation et évaluation
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
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 comprendre et être capable de décrire le principe de fonctionnement d'un ensemble des machines thermodynamiques les plus couramment utilisées. Il s'agira de machines motrices (moteurs) et réceptrices (pompes à chaleur et machines frigorifiques). Pour chacune des machines, le cycle thermodynamique idéal décrit par le fluide de travail sera représenté dans les diagrammes thermodynamiques les plus usuels. Le cours abordera les différentes "sources de pertes" dont les machines réelles sont le siège et montrera comment le cycle réel diffère du cycle idéal. Les critères de performance des machines thermodynamiques et de leurs composants seront introduits. L'étude des machines thermodynamiques et de leurs composants exploitera le premier principe (appliquées à des systèmes fermés et ouverts, en régimes stationnaire et transitoire), ainsi que le second principe de la thermodynamique. Le cours abordera aussi la notion d'exergie (« qualité de l'énergie »), le traitement de l'air humide et la combustion.
La table des matières du cours est donnée ci-dessous (elle suit celle de l'ouvrage de référence référencé plus bas):
Chapitre 0 : Introduction
Chapitre 1: Notions fondamentales
Chapitre 2: Energie, transferts d'énergie et analyse énergétique
Chapitre 3: Propriétés des substances pures
Chapitre 4: Analyse énergétique des systèmes fermés
Chapitre 5: Analyse énergétique et massique des systèmes ouverts
Chapitre 6: Le deuxième principe de la thermodynamique
Chapitre 7: L'entropie
Chapitre 8: L'exergie
Chapitre 9: Les cycles à gaz
Chapitre 10: Les cycles à vapeur
Chapitre 11: Les cycles frigorifiques
Chapitre 14: Psychrométrie
Chapitre 15: La combustion
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement
L'objectif est de donner une formation de base à des ingénieurs non encore spécialisés en insistant sur les aspects pratiques et les possibilités d'application directe. Le cours vise d'une part à être capable d'appliquer les deux grands principes de la thermodynamique à l'étude de différentes machines et d'autres part à développer une culture technique dans le domaine.
Chaque séance de cours est prolongée par une séance d'exercices qui a pour but d'illustrer les notions théoriques évoquées.
Le cours est aussi directement lié aux séances de laboratoires (obligatoires) où l'étudiant découvrira le comportement réel de certaines machines thermiques.
Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, III.1, III.2, IV.1, IV.2, V.1 du programme de bachelier ingénieur civil.
Savoirs et compétences prérequis
Notions de base en thermodynamique générale, mécanique des fluides, transfert de chaleur et emploi des combustibles. Les premiers chapitres du cours rappelle les notion d'énergie, de transfert d'énergie entre un système et son environnement, du premier principe appliqué à des systèmes fermés (en étendant le concept aux systèmes ouverts), de propriétés des corps purs, et les différents énoncés du 2e principe de la thermodynamique (en introduisant in fine la variable entropie).
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement
Chacune des 12 séances de 2h cours est directement illustrée par une séance d'approximativement 2h d'exercices.
Les énoncés d'exercices, ainsi que les résolutions, sont mis en ligne. Ils se résolvent à l'aide d'un logiciel EES (engineering equation solver). Lors des séances, les énoncés et leurs résolutions seront commentés par les assistants. Chaque étudiant doit idéalement les réaliser sur son ordinateur personnel, en classe.
Le cours est aussi illustré par 2 séances de laboratoire qui donnent l'occasion aux étudiants de faire le bilan énergétique et l'analyse des performances de plusieurs machines (actuellement une pompe à chaleur et un compresseur à air). Les machines utilisées peuvent varier d'année en année en fonction des moyens et disponibilités du laboratoire de thermodynamique de l'université. Ces machines sont tout à fait réelles: ce ne sont pas des machines didactiques inventées pour les besoins de la cause.
Les séances sont organisées de telle sorte que chaque machine soit traitée par un maximum de deux étudiants à la fois (pour des raisons organisationnelles, ce nombre d'étudiants maximum idéal peut varier).
Ces travaux de laboratoire sont documentés sur un support mis en ligne sur E-campus.
Au laboratoire, tous les calculs et le rapport sont réalisés à l'aide de feuilles de calculs et de graphiques pré-imprimés.
Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)
Cours donné exclusivement en présentiel
Explications complémentaires:
Le cours est organisé en présentiel.
Le cours théorique est organisé le lundi de 13h45 à 15h45.
La séance d'exercices (séance de questions/réponses sur les exercices mis en ligne) est donnée en présentiel de 16h à 18h.
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours
Les transparents du cours sont suffisamment détaillés pour ne pas nécessiter la lecture d'un ouvrage de référence. Toutefois, le cours suit fidèlement l'ouvrage de référence suivant « Y. A. Cengel, M. A. Boles et M. Lacroix, Thermodynamique, une approche pragmatique. Chenelière McGraw-Hill » Les étudiants qui souhaiteraient approfondir l'apprentissage des matières vues dans le cours sont invités à consulter cet ouvrage.
Modalités d'évaluation et critères
Examen(s) en session
Toutes sessions confondues
- En présentiel
évaluation écrite ( questions ouvertes )
Explications complémentaires:
Examen à livre fermé mélangeant des exercices et des questions de théorie (60% de la note finale)
Devoirs à réaliser au moyen du logiciel EES (30% de la note finale)
L'évaluation des travaux de laboratoire représente 10% de la note finale.
La participation aux séances de laboratoire est obligatoire.
Stage(s)
Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours
Contacts
Vincent Lemort
Laboratoire de Thermodynamique
vincent.lemort@uliege.be