THERMODYNAMIQUE DES SYSTEMES EN CASCADE : ETAT DE L’ART

Autor/autori: Michel FEIDT (Franta)

Rezumat: Utilizarea Rationala a Energiei a cunoscut multe intorsaturi ca urmare a crizelor petroliere din anii 1980. Problema Energetica a devenit, astfel, o problema majora a umanitatii. Aspectele discutate sunt desigur economice, probleme de mediu, dar si stiintifice si tehnice, astfel termodinamica devenind un instrument privilegiat. In aceast articol este propusa analiza in profunzime a sistemelor energetice in cicluri combinate. Daca aceste sisteme sunt cunoscute si modelate de mult timp din punct de vedere al termodinamicii de echilibru, foarte clasic, aceasta metoda nu este o abordare intradevar termodinamica, ce a aparut in 1957 la impulsul lui P. CHAMBADAL si I. NOVIKOV, dar mult mai puternic dupa anul 1975 cu articolul lui CURZON si AHLBORN. O prima portiune va fi dedicata cascadelor masinilor in cicluri inverse, utilizate atat pentru producerea de frig cat si pentru producerea caldurii, chiar si efecte combinate (caldura si frig: termofrigopompe). Cu aceasta ocazie se face referire la lucrul in comun cu UPB (teza in curs a lui H. POP). Intr-o a doua portiune sunt prezentate motoare in cicluri combinate, cea mai cunoscuta, si fara indoiala cel mai analizat din punct de vedere tehnic, este ciclul Turbina cu Gaze – Turbina cu Aburi. Dar exista si alte cicluri combinate care au fost studiate recent ( teza lui M. RADULESCU la LEMTA, UHP Nancy), sau sunt luate in considerare: - teza lui C. GAY facuta in cotutela la UHP Nancy – UT Belfort, despre un ciclu combinat Pila de Combustie – motor STIRLING - teza lui B. CULLEN (UT Dublin, Irlanda) cu asistenta UPB Bucuresti si UHP Nancy: un ciclu combinat mototr OTTO – motor Stirling. A fost elaborata si propusa o metoda de catalogare cu aceasta ocazie a motoarelor; a fost abordata o comparatie a variantelor principale in conformitate cu criteriile termodinamicii clasice (randament in semnificatia primului principiu), si au fost propuse consecintele. In ultima parte se incearca o deschidere a dezbaterii inspre alte criterii (entropice, exergetice, economice, de mediu): putand fi discutate alte perspective.

Cuvinte cheie: cicluri combinate, Termodinamica cu Dimensiuni Finite TDF, Optimizarea si simularea sistemelor

Résumé: L’Utilisation Rationnelle de l’ENERGIE a connu plusieurs rebondissements depuis les crises pétrolières des années 1980. Le problème Energétique est devenu, depuis lors, un problème majeur de l’Humanité. Les aspects mis en jeu sont bien sûr Economiques, Environnementaux, mais aussi Scientifiques et Techniques, et alors la Thermodynamique est OUTIL privilégié. Nous proposons dans cette conférence invitée de faire un état de l’art des systèmes énergétiques en cascade. Si ces systèmes sont connus et modélisés depuis longtemps du point de vue de la Thermodynamique de l’Equilibre, très classique, il n’en pas de même de l’Approche véritablement Thermodynamique, qui a vu le jour en 1957 sous l’impulsion de P. CHAMBADAL et I. NOVIKOV, mais plus fortement seulement depuis 1975 avec l’article de CURZON et AHLBORN. Un premier paragraphe sera consacré aux cascades de machines à cycles inverses, utilisées tant pour la production de froid que de chaud, voire des effets couplés (chaud et froid : thermofrigopompe). Des travaux communs avec l’UPB seront référencés à cette occasion (thèse en cours de H. POP). Dans un second paragraphe seront rapportées les cascades motrices, dont la plus connue, et sans doute la première expérimentée techniquement, est la cascade Turbine à Combustion – Turbine à Vapeur. Mais d’autres cascades existent et ont été étudiées récemment (thèse de M. RADULESCU au LEMTA, UHP Nancy), ou sont en cours d’étude : - thèse de C. GAY commune UHP Nancy – UT Belfort, sur une cascade Pile a Combustible – moteur de STIRLING - thèse de B. CULLEN (UT Dublin, Irlande) avec le concours de l’UPB Bucarest et l’UHP Nancy : cascade moteur de OTTO – moteur de STIRLING. Une tentative de catalogue sera élaborée et proposée à partir de cet examen pour les moteurs ; une comparaison des principales variantes selon les critères thermodynamiques classiques (rendement au sens du premier principe) sera abordée, e les conséquences proposées. Le dernier paragraphe tentera d’ouvrir le débat et la recherche vers d’autres critères (entropique ; exergétique ; économique ; environnementaux) : d’autres perspectives pourront être évoquées.

Mots-clés: cycles combinés, Thermodynamique en Dimension Finies TDF, Optimisation et simulation de systèmes

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