Le cycle de Rankine est un système thermodynamique utilisé pour convertir la chaleur en travail mécanique, souvent employé dans les centrales électriques à vapeur. Il se compose de quatre étapes principales : compression de l'eau par la pompe, chauffage dans la chaudière, expansion dans la turbine, et refroidissement dans le condenseur. Ce cycle est essentiel pour l'efficacité énergétique, influençant directement la production d'électricité dans le monde entier.
Des millions de fiches spécialement conçues pour étudier facilement
Inscris-toi gratuitementQuelles sont les étapes principales du cycle de Rankine ?
Quels sont les avantages du cycle de Rankine avec soutirage ?
Qu'est-ce qui influence l'efficacité d'un cycle de Rankine ?
Quelle amélioration peut être utilisée pour optimiser le cycle de Rankine?
Pourquoi est-il crucial de vérifier les valeurs dans les tables de vapeur?
À quoi sert un diagramme TS dans le cycle de Rankine ?
Quelle est la formule pour calculer l'efficacité thermique du cycle de Rankine?
Quels sont les composants principaux du cycle de Rankine?
Comment est définie l'efficacité thermique du cycle de Rankine ?
Quelles améliorations peuvent être intégrées au cycle de Rankine pour améliorer son efficacité ?
Quelle est la formule pour calculer l'efficacité thermique du cycle de Rankine?
Quelles sont les étapes principales du cycle de Rankine ?
Quels sont les avantages du cycle de Rankine avec soutirage ?
Qu'est-ce qui influence l'efficacité d'un cycle de Rankine ?
Quelle amélioration peut être utilisée pour optimiser le cycle de Rankine?
Pourquoi est-il crucial de vérifier les valeurs dans les tables de vapeur?
À quoi sert un diagramme TS dans le cycle de Rankine ?
Quelle est la formule pour calculer l'efficacité thermique du cycle de Rankine?
Quels sont les composants principaux du cycle de Rankine?
Comment est définie l'efficacité thermique du cycle de Rankine ?
Quelles améliorations peuvent être intégrées au cycle de Rankine pour améliorer son efficacité ?
Quelle est la formule pour calculer l'efficacité thermique du cycle de Rankine?
Achieve better grades quicker with Premium
Geld-zurück-Garantie, wenn du durch die Prüfung fällst
Review generated flashcards
pour commencer à apprendre ou créer tes propres flashcards d'IA
Commence à apprendre ou crée tes propres flashcards d'IA
Équipe enseignants cycles de Rankine
Sauter à un chapitre clé
Le cycle de Rankine est un cycle thermodynamique largement utilisé pour convertir la chaleur en travail mécanique, principalement dans les centrales électriques. Ce cycle est généralement employé dans les turbines à vapeur pour produire de l'électricité. Sa compréhension est essentielle pour ceux qui s'intéressent à la physique et à l'ingénierie énergétique. Les composants principaux du cycle de Rankine comprennent :
Le cycle de Rankine consiste en plusieurs étapes qui se déroulent de manière cyclique : 1. **Évaporation** : L'eau est chauffée à haute pression dans une chaudière. Cette étape convertit l'eau en vapeur en absorbant la chaleur. 2. **Expansion** : La vapeur entre dans la turbine où elle se détend. Cette détente entraîne les roues de la turbine, convertissant ainsi l'énergie thermique en énergie mécanique pour produire de l'électricité. 3. **Condensation** : La vapeur sort de la turbine pour entrer dans un condenseur. Ici, elle libère sa chaleur restante et se transforme en liquide. 4. **Pompage** : Le liquide condensé est pompé à nouveau vers la chaudière, complétant ainsi le cycle.
Le cycle de Rankine est un processus thermodynamique qui convertit la chaleur en travail mécanique en utilisant un fluide de travail tel que la vapeur d'eau.
Par exemple, si la température de vapeur à l'entrée de la turbine est de 500°C et à la sortie elle est de 30°C, vous pouvez calculer l'efficacité thermique du cycle. En utilisant la formule suivante : \[\eta = 1 - \frac{T_c}{T_h}\]Où :
Dans les systèmes avancés, des améliorations comme les cycles Rankine de récupération de chaleur, ou les cycles Rankine organiques (ORC), sont utilisés pour augmenter l'efficacité. Ces cycles exploitent des fluides à bas point d'ébullition afin d'optimiser la conversion de chaleur en travail dans des conditions particulières, comme des sources de chaleur à basse température. Par exemple, un ORC pourrait être utilisé avec des applications géothermiques, où la température de la source de chaleur est trop basse pour un cycle de Rankine traditionnel. Également, la régénération est une technique où une partie de la chaleur de déchet est réintroduite dans le cycle pour préchauffer le fluide de travail avant qu'il n'atteigne la chaudière. Ce processus améliore l'efficacité globale du cycle et réduit la consommation d'énergie primaire.
Saviez-vous? Le cycle de Rankine est nommé d'après l'ingénieur et physicien écossais William John Macquorn Rankine, qui a été un pionnier dans l'étude de la thermodynamique.
Le cycle de Rankine est un mécanisme fondamental utilisé pour convertir la chaleur en travail mécanique, principalement dans les centrales électriques. Pour mieux comprendre son fonctionnement, analysons les étapes clés de ce processus.
Le cycle de Rankine se compose de plusieurs phases distinctes qui fonctionnent en boucle : 1. **Évaporation** : L'eau est chauffée sous haute pression dans une chaudière, se transformant en vapeur en absorbant de la chaleur. 2. **Expansion** : Cette vapeur se détend dans une turbine, transformant l'énergie thermique en énergie mécanique utilisable pour générer de l'électricité. 3. **Condensation** : Après avoir traversé la turbine, la vapeur perd sa chaleur en se condensant en liquide. 4. **Pompage** : Le liquide retourné est pompé à travers le circuit vers la chaudière, réitant le cycle.
Le cycle de Rankine est un cycle thermodynamique qui convertit la chaleur en travail mécanique à l'aide d'un fluide, comme la vapeur d'eau, pour entraîner des turbines.
Supposons que la température de la vapeur à l'entrée de la turbine soit de 450°C et à la sortie, de 30°C. Calculez l'efficacité thermique du cycle en utilisant la formule : \[\eta = 1 - \frac{T_c}{T_h}\]Où :
Dans la quête d'une meilleure efficacité énergétique, des améliorations comme les cycles de récupération de chaleur et les cycles Rankine organiques (ORC) peuvent être intégrées. Ces derniers utilisent des fluides avec un bas point d'ébullition pour tirer profit de sources de chaleur à basse température, optimisant ainsi la conversion de la chaleur en travail. Une autre approche, la régénération, pourrait également être envisagée. Ce procédé consiste à réutiliser une partie de la chaleur perdue pour préchauffer le fluide de travail avant son retour dans la chaudière. Cette méthodologie vise à réduire la consommation d'énergie primaire tout en augmentant l'efficacité globale du cycle. Cette méthode est particulièrement utile dans les environnements où la chaleur résiduelle est conséquente.
Vous saviez? Le cycle de Rankine est nommé en l'honneur de William John Macquorn Rankine, un ingénieur écossais influent dans le domaine de la thermodynamique.
L'efficacité d'un cycle de Rankine dépend de divers facteurs, notamment les températures maximale et minimale atteintes par le fluide de travail. Optimiser cette efficacité est crucial pour améliorer la performance des centrales électriques.
Le cycle de Rankine avec soutirage est une variation du cycle classique, où une partie de la vapeur est extraite de la turbine avant qu'elle n'atteigne la dernière étape. Cette approche offre certains avantages :
Considérons un système où la température de la vapeur à l'entrée de la turbine est de 550°C et à la sortie, de 50°C. Si une fraction de vapeur est soutirée à 200°C, vous pouvez calculer l'amélioration de l'efficacité thermique en utilisant les équations de base du cycle. Appliquez la formule : \[\eta = 1 - \frac{Q_{out}}{Q_{in}}\] où :
Le soutirage de vapeur est spécifiquement utile dans les centrales thermiques où la récupération maximale de chaleur est cruciale pour optimiser les performances.
Le diagramme TS (Température-Entropie) est un outil essentiel pour visualiser et analyser le cycle de Rankine. Ce diagramme illustre les variations de température et d'entropie des fluides de travail pendant le cycle, aidant ainsi à comprendre les transformations thermodynamiques également.Les étapes du cycle de Rankine sur un diagramme TS typique incluent :
Le diagramme TS est également utilisé pour étudier les effets de la surcharge et des pertes de chaleur dans un cycle. En observant les cycles élargis sur le diagramme, vous pouvez identifier les opportunités d'optimisation, comme la récupération de chaleur et l'amélioration du rendement des turbines. Cela est particulièrement pertinent car même un léger changement dans les gradients de température peut entraîner d'énormes variations d'efficacité dans de grandes centrales électriques. En outre, ce diagramme permet d'explorer les effets thermodynamiques tels que l'enthalpie et l'entropie qui sont invisibles lors des calculs thermodynamiques standards.
Lorsque vous travaillez sur des exercices sur le cycle de Rankine, comprendre les concepts de base et la méthode de résolution des problèmes est crucial. Vous trouverez ci-dessous un exercice guidé qui vous aidera à maîtriser ces concepts.
Considérons un système où la vapeur entre dans la turbine à une pression de 8 MPa et une température de 450°C, et sort de la turbine à 0,1 MPa. Calculez le rendement thermique du cycle.Premièrement, utilisez les tables de vapeur pour déterminer les enthalpies aux différentes étapes.1. Entalpie à l'entrée de la turbine \(h_1\) : 3202 kJ/kg2. Entalpie à la sortie de la turbine \(h_2\) : 2413 kJ/kg3. Entalpie après condensation \(h_3\) : 151 kJ/kg4. Enthalpie après pompage \(h_4\) : 156 kJ/kgVous pouvez calculer l'efficacité thermique \(\eta\) en utilisant la formule suivante : \[\eta = \frac{h_1 - h_2}{h_1 - h_4}\] Ce qui donne :\[\eta = \frac{3202 - 2413}{3202 - 156} \approx 26\text{%}\] Le rendement thermique est d'environ 26%.
Assurez-vous de bien vérifier les valeurs dans les tables de vapeur, car une petite erreur peut affecter considérablement le calcul du rendement thermique.
La maîtrise du calcul des cycles de Rankine va au-delà des simples formules algébriques. Le processus implique une compréhension approfondie des transformations thermodynamiques et un bon jugement dans l'application de tables et diagrammes thermodynamiques. Examiner les effets des changements de pression sur le rendement global peut ouvrir la voie à des améliorations dans la conception des centrales thermiques modernes. En outre, introduire des variations dans la composition du fluide de travail (tel que l'ORC) pourrait optimiser le cycle pour des applications écologiques.
Inscris-toi gratuitement pour accéder à toutes nos fiches.
De Score
Accède à plus de 700 millions de ressources d'apprentissage
Étudie plus efficacement avec des flashcards
Obtiens de meilleures notes grâce l'IA
Tu as déjà un compte ? Connecte-toi
At StudySmarter, we have created a learning platform that serves millions of students. Meet the people who work hard to deliver fact based content as well as making sure it is verified.
Digital Content Specialist
Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
Get to know Lily
AI Engineer
Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
Get to know Gabriel
Resumes 
Flashcards 
StudySmarter IA 
Notes de cours 
Planning de révision 
Dossiers 
Examens 
Magazine 
Faire carrière 
App mobile