Les moteurs à air chaud
Ce site appartient au réseau de sites relatifs aux moteurs à air chaud
Ce site appartient au réseau de sites relatifs aux moteurs à air chaud
Il n'est pas question ici de faire de longs exposés sur les principes de Carnot ou autres développements relatifs à la thermodynamique. Cependant, dans cette page, quelques bases utiles sont données pour comprendre comment marche un moteur et pour prévoir les performances qu'on peut en attendre.
Pour comprendre le principe du fonctionnement d'un moteur, il est nécessaire de connaître peu de choses. On considère que le gaz utilisé (air, hydrogène, hélium, azote..) est un gaz "parfait", c'est à dire qu'il obéit à la loi, dite de Boyle-Mariotte, suivante : pour une masse de gaz donnée et à température constante, le produit de la pression du gaz par son volume reste constant. On peut écrire cette loi de la façon suivante : PV = constante où P représente la pression du gaz et V son volume. Cette loi devient la loi d'Avogadro, si on introduit maintenant la température du gaz : PV = nRT où P représente la pression du gaz, V son volume, n le nombre de molécules-gramme (ou la quantité de gaz), R la constante des gaz parfaits (R = 8,314 472 J / K mol) et T la température du gaz (exprimée en Kelvin : T = t+ 273, si t est la température exprimée en degré Celsius). .
Selon le bon vieux principe "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" on peut aborder les échanges d'énergie au cours d'un cycle par exemple : toute perte d'énergie calorifique au cours d'un cycle est égale au gain en énergie mécanique au cours de ce même cycle.
Maintenant, examinons maintenant un cycle quelconque à partir de son diagramme PV :
L'aire colorée à l'intérieur de la
courbe décrivant le cycle est représentative du travail recueilli au cours d'un cycle.
La démonstration est apportée ci-après.
A un instant donné, la force qui s'exerce sur le piston est :
F = S x P
où S est la surface du piston et P la pression instantanée.
Le travail élémentaire fourni au cours d'un temps court "dt" est égal à la force instantanée multipliée par
le déplacement "dy"du piston au cours de ce laps de temps "dt".
dW = F x dy
ou
dW = S x P x dy
ou, si on remarque que S x dy = dV , variation de volume au cours du laps de temps "dt"
dW = P x dV
Sur le diagramme(P,V) cette dernière expression n'est rien d'autres que la surface élémentaire située sous
la courbe au point considéré. Voir le diagramme ci-dessus.
Le travail est positif sous la courbe quand dV>0. Le travail est négatif sous la courbe quand dV<0.
Le travail résultant au cours d'un cycle complet est donc bien représenté par la surface colorée emprisonnée par la courbe. cqfd !
Le rendement est défini comme étant le rapport entre le travail net récupéré au cours du cycle et la quantité de chaleur qu'il a fallu fournir au cours de ce même cycle.
L'équation définissant ce rendement est fonction du cycle considéré, de la nature des différentes
transformations se produisant au cours de ce cycle. Voir les différents cycles possibles
en cliquant sur ce lien.
Pour un moteur donné, l'étude thermodynamique spécifique est disponible sur le
site spécialisé.
Ce site a été conçu et réalisé par Pierre Gras. Merci à toutes les personnes qui ont apporté leurs contributions : articles, photos, vidéos, feuilles de calcul... L'auteur est ouvert à toute suggestion permettant d'améliorer ce site pour le bonheur de tous. Enfin, un grand merci à Robert Stirling !
Le site "moteurstirling.com" par Pierre Gras est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons
.
Ce site respecte les normes relatives aux langages XHTML et CSS. Pour en profiter au mieux, utilisez un logiciel récent tel que Firefox, Chrome, Safari, Opera... qui ,eux-aussi, se conforment à ces normes.