Voir la source de Travail de transvasement

[[Fichier:Clapeyron-compresseur-transvasement.jpg|vignette|300px|Travail de transvasement d'un compresseur.<br>Le travail de transvasement est la somme des travaux des diverses étapes du cycle.]]

En [[physique]], et plus particulièrement en [[thermodynamique]], le '''travail de transvasement''' est le [[travail d'une force|travail]] total des [[force (physique)|forces]] de [[pression]] échangé entre les éléments mobiles d'une machine (appelée machine de transvasement) et un [[Fluide (matière)|fluide]] au cours d'un [[Cycle thermodynamique|cycle]] de la machine. Ce travail tient compte du travail de changement de pression proprement dit (compression ou détente) et des travaux des forces exercées par le fluide à l'admission (entrée) et au refoulement (sortie) de la machine. Il est lié à la variation d'[[enthalpie]] du fluide au cours de cette transformation.

Dans un [[Compresseur mécanique|compresseur]], le travail de transvasement est le travail consommé pour augmenter la pression d'un gaz. Dans une [[turbine]], le travail de transvasement est le travail produit par la détente d'un gaz. Le travail nécessaire à un compresseur est diminué en refroidissant la machine, celui produit par une turbine est augmenté en la réchauffant. Le [[Rendement (physique)|rendement]] de la machine est calculé en comparant le travail technique réel de la machine à un travail calculé au moyen d'un modèle idéal (généralement à un [[processus polytropique]]).

== Définition ==
=== Travail de la machine et travail du gaz ===
[[Fichier:Temps piston compresseur.jpg|vignette|300px|Les quatre temps d'un piston de compresseur.<br>Les figures représentent les positions du piston en fin de temps (respectivement points <math>\mathsf{B}</math>, <math>\mathsf{C}</math>, <math>\mathsf{D}</math> et <math>\mathsf{A}</math> du cycle représenté sur la figure précédente). Admission : à pression constante, entrée du gaz dans la machine. Compression : les soupapes sont fermées, le volume diminue et la pression augmente. Refoulement : à pression constante, sortie du gaz. Commutation : à volume nul, inversion des soupapes et des pressions.]]

Au cours d'un [[Cycle thermodynamique|cycle]] de la machine, une certaine [[quantité de matière|quantité]] de gaz entre dans la machine (phase d'admission), subit un changement de pression (compression ou détente), puis sort de la machine (refoulement). L'échange d'énergie entre le gaz et la machine n'est pas limité à la seule phase de changement de pression. Le gaz qui entre dans la machine et qui en sort subit les forces dues aux pressions d'admission et de refoulement. Le [[travail d'une force|travail]] de ces forces est échangé avec la machine.

Dans une machine à [[Piston (mécanique)|piston]], celui-ci subit d'un côté la pression exercée par le gaz, de l'autre celle, constante, d'un autre fluide, l'air le plus souvent. On suppose que, lors d'une transformation élémentaire, le volume d'un gaz à la pression <math>P</math> varie de <math>\mathrm{d} V</math>. Lors de cette transformation, le volume de l'air de l'autre côte du piston, à la pression <math>P_\circ</math> constante, varie de <math>- \mathrm{d} V</math>. Au cours d'un cycle complet de la machine, le travail du gaz et le travail de l'air valent donc respectivement :

:<math>W_\text{gaz} = - \oint P \, \mathrm{d} V</math>
:<math>W_\text{air} = \oint P_\circ \,\mathrm{d} V</math>

''Dans une machine idéale'', les forces exercées par le gaz et l'air échangent avec le piston au cours d'un cycle complet un travail total égal à :

:<math>W_\text{machine}^\text{idéal} = W_\text{gaz} + W_\text{air} = - \oint \left( P - P_\circ \right) \, \mathrm{d} V</math>

À la fin du cycle, le piston revient à sa position initiale. Si l'air occupe dans le piston le volume <math>V_\circ</math> au début du cycle, il occupe donc ce même volume en fin de cycle. Puisque la pression <math>P_\circ</math> est constante, le travail total délivré par l'air au cours du cycle est nul<ref name="Côte2018-14-17"/> :

:<math>W_\text{air} = P_\circ \, \oint \mathrm{d} V = P_\circ \, \int_{V_\circ}^{V_\circ} \mathrm{d} V = 0</math>

Ainsi, de façon générale, le travail idéal de la machine ne dépend que du travail du gaz :

:<math>W_\text{machine}^\text{idéal} = W_\text{gaz}</math>

''Dans une machine réelle'', une partie du travail moteur est dissipée en [[chaleur (thermodynamique)|chaleur]] <math>Q_\text{irréversible} > 0</math> par les forces de [[frottement]] mécanique et de [[viscosité]] du gaz{{etc.}} À travail <math>W_\text{gaz}</math> du gaz égal, un compresseur réel nécessite plus de travail qu'un compresseur idéal, soit <math>W_\text{machine} = W_\text{machine}^\text{idéal} + Q_\text{irréversible}</math>, et une turbine réelle délivre moins de travail (en [[valeur absolue]]) qu'une turbine idéale, soit <math>\bigg| W_\text{machine} \bigg| = \bigg| W_\text{machine}^\text{idéal} \bigg| - Q_\text{irréversible}</math>, d'où :
* dans un compresseur la machine fournit un travail au gaz, qui n'en reçoit qu'une partie : <math>0 < W_\text{gaz} < W_\text{machine}</math> ;
* dans une turbine le gaz fournit un travail à la machine, qui n'en reçoit qu'une partie : <math>W_\text{gaz} < W_\text{machine} < 0</math>.

Le [[Rendement (physique)|rendement]] permet d'estimer l'efficacité de la machine :
* pour un [[Compresseur mécanique|compresseur]] : <math>\eta^\text{C} = {W_\text{gaz} \over W_\text{machine}}</math> ;
* pour une [[turbine]] : <math>\eta^\text{T} = {W_\text{machine} \over W_\text{gaz}}</math>.
Si la machine est idéale, le rendement vaut 1 : tout le travail produit est utilisable. Dans une machine réelle, le rendement est inférieur à 1 : une partie du travail produit n'est pas récupérable.

=== Bilan énergétique d'un cycle de la machine ===
[[Fichier:Clapeyron-compresseur-turbine.jpg|vignette|300px|Cycles d'un compresseur et d'une turbine dans des [[diagramme de Clapeyron|diagrammes de Clapeyron]].<br>
Le cycle du compresseur s'effectue dans le [[Sens de rotation horaire et anti-horaire|sens antihoraire]] : le travail est positif, la machine nécessite de l'énergie. Le cycle de la turbine s'effectue dans le [[Sens de rotation horaire et anti-horaire|sens horaire]] : le travail est négatif, la machine produit de l'énergie.]]

La machine est un [[système ouvert]], qui échange de la matière avec son extérieur par ses tuyauteries d'admission et de refoulement. À tout instant du cycle, une variation élémentaire de l'[[énergie interne]] <math>U</math> du gaz dans le piston vaut :
:<math>\mathrm{d} U = -P \, \mathrm{d} V + T \, \mathrm{d} S + \mu \, \mathrm{d} n</math>
avec <math>T</math> la [[température thermodynamique|température]], <math>S</math> l'[[entropie (thermodynamique)|entropie]], <math>\mu</math> le [[potentiel chimique]], <math>n</math> la [[quantité de matière|quantité]] de gaz mise en jeu dans la machine.

Le [[Théorème d'Euler (fonctions de plusieurs variables)|théorème d'Euler]] permet d'intégrer selon les variables [[Extensivité et intensivité (physique)|extensives]] de <math>U</math> :
:<math>U = -PV + TS + \mu \, n</math>

Le cycle de la machine correspond à un aller-retour du [[piston (mécanique)|piston]]. Au départ du cycle ({{nobr|point <math>\mathsf{A}</math>}} du diagramme ci-contre), le piston est vide. En l'absence de matière dans le piston, l'énergie interne du gaz en ce point est nulle :
:<math>U_\mathsf{A} = 0</math>

;Admission

À l'admission, entre les points <math>\mathsf{A}</math> et <math>\mathsf{B}</math>, une quantité <math>n</math> de gaz, correspondant à un volume <math>V_1</math>, entre dans la machine à la pression constante <math>P_1</math>. On considère que cette opération est [[processus adiabatique|adiabatique]]. Le travail d'admission vaut<ref name="Côte2018-14-17"/> :
<center>Travail d'admission : <math>W_\mathsf{AB} = -\int_0^{V_1} P_1 \, \mathrm{d} V = -P_1 V_1</math></center>

Ce travail est négatif : le gaz qui entre dans la machine perd cette énergie en repoussant le piston. Cette énergie est gagnée par la machine. Dans un compresseur ce travail diminue le travail à fournir à la machine ; dans une turbine, il augmente le travail récupérable.

Au point <math>\mathsf{B}</math> l'énergie interne du gaz dans le piston vaut :
:<math>U_\mathsf{B} = -P_1 V_1 + T_1 S_1 + \mu_1 n</math>

;Compression ou détente

Lors de la phase de compression ou de détente proprement dite, entre les points <math>\mathsf{B}</math> et <math>\mathsf{C}</math>, les soupapes d'admission et de refoulement du piston sont fermées : le système est [[système fermé|fermé]], il n'échange pas de matière avec l'extérieur. En vertu du [[premier principe de la thermodynamique]] :

<center><math>U_\mathsf{C} - U_\mathsf{B} = W + Q</math></center>

<math>Q</math> est la [[chaleur (thermodynamique)|chaleur]] échangée entre la machine et le gaz lors de cette phase. Le volume de gaz est modifié de <math>V_1</math> à <math>V_2</math>. La machine et le gaz échangent le travail de compression ou de détente<ref name="Côte2018-14-17"/> :

<center>Travail de compression ou détente : <math>W = W_\mathsf{BC} = - \int_{V_1}^{V_2} P \, \mathrm{d} V</math></center>

Ce travail est positif pour un compresseur : le gaz reçoit de l'énergie, la machine la perd. Il est négatif pour une turbine : le gaz perd de l'énergie, la machine la reçoit.

Au point <math>\mathsf{C}</math> l'énergie interne du gaz dans le piston vaut :
:<math>U_\mathsf{C} = -P_2 V_2 + T_2 S_2 + \mu_2 n</math>

;Refoulement

Au refoulement, entre les points <math>\mathsf{C}</math> et <math>\mathsf{D}</math>, la quantité <math>n</math> de gaz, correspondant à un volume <math>V_2</math>, sort de la machine à la pression constante <math>P_2</math>. On considère que cette opération est [[processus adiabatique|adiabatique]]. Le travail de refoulement vaut<ref name="Côte2018-14-17"/> :
<center>Travail de refoulement : <math>W_\mathsf{CD} = -\int_{V_2}^0 P_2 \, \mathrm{d} V = P_2 V_2</math></center>

Ce travail est positif : le gaz reçoit cette énergie fournie par la machine pour l'expulser. Dans un compresseur ce travail augmente le travail à fournir à la machine ; dans une turbine, il diminue le travail récupérable.

En l'absence de matière dans le piston, l'énergie interne du gaz au point <math>\mathsf{D}</math> est nulle :
:<math>U_\mathsf{D} = 0</math>

;Commutation

Le cycle du gaz se termine par un changement de pression à volume nul, entre les points <math>\mathsf{D}</math> et <math>\mathsf{A}</math>. En l'absence de matière dans le piston, l'énergie interne de celui-ci ne varie pas. Le travail de commutation est nul<ref name="Côte2018-14-17">{{harvsp|Côte {{et al.}}|id=Côte|2018|p=14-17}}.</ref> :
<center>Travail de commutation : <math>W_\mathsf{DA} = -\int_0^0 P \, \mathrm{d} V = 0</math></center>

Le cycle est revenu au point <math>\mathsf{A}</math> et peut recommencer.

;Bilan global du cycle

Le bilan énergétique d'un cycle complet de la machine donne :
:<math>\left[ U_\mathsf{B} - U_\mathsf{A} \right]_\text{admission}
 + \left[ U_\mathsf{C} - U_\mathsf{B} \right]_{\text{compression} \atop \text{ou détente}}
 + \left[ U_\mathsf{D} - U_\mathsf{C} \right]_\text{refoulement}
 + \left[ U_\mathsf{A} - U_\mathsf{D} \right]_\text{commutation} = 0</math>
:<math>\left[ -P_1 V_1 + T_1 S_1 + \mu_1 n - 0 \right]
 + \left[ W + Q \right]
 + \left[ 0 + P_2 V_2 - T_2 S_2 - \mu_2 n \right]
 + \left[ 0 - 0 \right] = 0</math>

On pose l'[[enthalpie]] <math>H = U + PV</math> :

:<math>H_\mathsf{B} = U_\mathsf{B} + P_1 V_1 = T_1 S_1 + \mu_1 n</math>
:<math>H_\mathsf{C} = U_\mathsf{C} + P_2 V_2 = T_2 S_2 + \mu_2 n</math>

Le bilan énergétique du cycle donne<ref name="Renvoizé-683">{{harvsp|Renvoizé|id=Renvoizé|2010|p=683}}.</ref> :

<center><math>H_\mathsf{C} - H_\mathsf{B} = W + P_2 V_2- P_1 V_1 + Q</math></center>

=== Travail de transvasement ===

Le travail de transvasement est le total du travail que le gaz échange avec la machine durant un cycle complet<ref name="Côte2018-14-17"/>{{,}}<ref name="Renvoizé-682">{{harvsp|Renvoizé|id=Renvoizé|2010|p=682}}.</ref> :

:<math>W_\text{tr} = -\oint P \, \mathrm{d} V = W_\mathsf{AB} + W_\mathsf{BC} + W_\mathsf{CD} + W_\mathsf{DA}
 = - P_1 V_1 - \int_{V_1}^{V_2} P \, \mathrm{d} V + P_2 V_2 + 0</math>

On définit le travail de transvasement :

{|border="1" cellpadding="5" style="text-align:center;" align="center"
|'''Travail de transvasement'''</center><br><math>W_\text{tr} = W + P_2 V_2 - P_1 V_1</math>
|}

avec <math>W = -\int_{V_1}^{V_2} P \, \mathrm{d} V</math> le travail de compression ou de détente proprement dit. On a également :

:<math>W_\text{tr} = - \int_{V_1}^{V_2} P \, \mathrm{d} V + \int_{P_1 V_1}^{P_2 V_2} \mathrm{d} \left( PV \right)</math>

L'[[intégration par parties]] donne l'expression générale du travail de transvasement<ref name="Côte2018-14-17"/>{{,}}<ref name="Renvoizé-682"/> :

{|border="1" cellpadding="5" style="text-align:center;" align="center"
|'''Travail de transvasement'''</center><br><math>W_\text{tr} = \int_{P_1}^{P_2} V \, \mathrm{d} P</math>
|}

Le travail de transvasement est positif pour un compresseur : le gaz reçoit cette énergie fournie par la machine. Il est négatif pour une turbine : le gaz perd cette énergie récupérée par la machine<ref name="Mauduit2012-75">{{harvsp|Mauduit|id=Mauduit|2013|p=75}}.</ref>. Le travail de transvasement élémentaire vaut<ref name="Renvoizé-682"/> :

<center><math>\delta W_\text{tr} = V \, \mathrm{d} P</math></center>

Les variations d'[[énergie interne]] <math>U</math> et d'[[enthalpie]] <math>H</math> entre les points <math>\mathsf{B}</math> et <math>\mathsf{C}</math> valent<ref name="MinesParisTech">{{Lien web |langue=fr |auteur institutionnel= [[Mines ParisTech]] |titre=La thermodynamique appliquée aux systèmes énergétiques |sous-titre= 5 Conservation de l'énergie : premier principe de la thermodynamique |lire en ligne=https://direns.mines-paristech.fr/Sites/Thopt/fr/co/partie-5-premier-principe.html |date=2023 |site=direns.mines-paristech.fr |consulté le=27 aout 2023}}.</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Fabien Cézard |auteur2=Ariane Pasco |auteur3=Richard Mauduit |auteur4=Éric Wenner |auteur5=Gilles Duménil |titre=Formulaire de Biologie, Chimie, Physique, Mathématiques |sous-titre= |éditeur=Dunod |collection=Sciences Sup |lieu= |année=2011 |numéro d'édition= |volume= |tome= |pages totales=288 |passage=66 |isbn=9782100568604 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=En_JxNgqqB8C&pg=PA66 |id= }}.</ref> :

<center>'''Premier principe de la thermodynamique pour les systèmes fermés'''</center>
<center><math>U_\mathsf{C} - U_\mathsf{B} = W + Q</math></center>

<center>'''Premier principe de la thermodynamique pour les systèmes ouverts'''</center>
<center><math>H_\mathsf{C} - H_\mathsf{B} = W_\text{tr} + Q</math></center>

soit, en termes élémentaires :
:<math>\mathrm{d} U = -P \, \mathrm{d} V + T \, \mathrm{d} S = \delta W + \delta Q</math>
:<math>\mathrm{d} H = V \, \mathrm{d} P + T \, \mathrm{d} S = \delta W_\text{tr} + \delta Q</math>

;Note
:Dans la littérature, le travail de transvasement est parfois défini par la somme des seuls termes d'admission et de refoulement<ref name="MinesParisTech"/>{{,}}<ref name="Bauduin-852">{{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Jean-Michel Bauduin |auteur2=Thierry Bars |auteur3=Mélanie Cousin |auteur4=Yves Josse |auteur5=Frédéric Legrand |auteur6=Josiane Manasses |auteur7=Hélène Michel |titre=Physique-Chimie MP/MP* |sous-titre= |éditeur=Ediscience |collection=Parcours Prépas |lieu= |année=2022 |numéro d'édition= |volume= |tome= |pages totales=852 |passage=585 |isbn=9782100849505 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=wk6GEAAAQBAJ&pg=PA585 |id= }}.</ref> : <math>W_\text{tr} = P_2 V_2 - P_1 V_1</math>. Le travail de transvasement est alors appelé ''travail utile''<ref name="MinesParisTech"/>{{,}}<ref name="Bauduin-852"/>, noté <math>W_\text{u}</math>, avec <math>W_\text{u} = W + W_\text{tr}</math>.

== Application ==
=== Travail polytropique ===
{{article détaillé|Processus polytropique}}

Soit un [[gaz parfait]] subissant une [[processus polytropique|transformation polytropique]] entre les points <math>\left( P_1, v_1, T_1 \right)</math> et <math>\left( P_2, v_2, T_2 \right)</math>, avec <math>v</math> le [[volume massique]]. Le processus répond aux deux équations suivantes :

* [[loi des gaz parfaits]] : <math>{P_1 v_1 \over T_1} = {P_2 v_2 \over T_2} = {P v \over T} = r</math> ;
* [[processus polytropique|loi polytropique]] : <math>P_1 {v_1}^k = P_2 {v_2}^k = Pv^k = K = \text{constante}</math> ou <math>{T_1}^k {P_1}^{1-k} = {T_2}^k {P_2}^{1-k} = T^k P^{1-k} = K^\prime = \text{constante}^\prime</math>.

Pour un compresseur comme pour une turbine <math>k \geq 1</math>. En particulier<ref name="Lallemand-11"/> :
* <math>k = 1</math> pour un [[processus isotherme]] (à température constante) ;
* <math>k < \gamma</math> pour une compression avec refroidissement ou une détente avec réchauffement ;
* <math>k=\gamma</math> pour un [[processus isentropique]] ([[processus adiabatique|adiabatique]] [[réversibilité thermodynamique|réversible]]<ref name="isentropique">Un processus polytropique étant [[réversibilité thermodynamique|réversible]] (<math>T \, \mathrm{d} S = \delta Q</math>) par définition, il y a équivalence entre les termes ''[[processus isentropique|isentropique]]'' (<math>\mathrm{d} S = 0</math>) et ''[[processus adiabatique|adiabatique]]'' (<math>\delta Q = 0</math>). Ces deux termes ne sont pas équivalents pour un processus irréversible (<math>T \, \mathrm{d} S > \delta Q</math>).</ref>) ; <math>\gamma</math> est le [[indice adiabatique|coefficient de Laplace]] ({{cf.}} la [[Loi de Laplace (thermodynamique)|loi de Laplace]]) ;
* <math>k > \gamma</math> pour une compression avec réchauffement ou une détente avec refroidissement.

Pour un compresseur <math>P_1 < P_2</math> et <math>T_1 < T_2</math>. Pour une turbine <math>P_1 > P_2</math> et <math>T_1 > T_2</math>. On note le taux de compression, ou de détente<ref name="Lallemand-8">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=8}}.</ref> :

<center>'''Taux de compression ou de détente'''</center>
<center><math>\delta = {P_2 \over P_1}</math></center>

Ce taux est supérieur à 1 pour un compresseur et inférieur à 1 pour une turbine. La loi polytropique donne <math>T_2 = T_1 \delta^{k-1 \over k}</math>.

Le travail de compression ou de détente [[grandeur massique|massique]] proprement dit vaut :

:<math>w = -\int_{v_1}^{v_2} P \, \mathrm{d} v</math>

Le travail de transvasement massique vaut :

:<math>w_\text{tr} = \int_{P_1}^{P_2} v \, \mathrm{d} P</math>

Pour une transformation isotherme (<math>k=1</math>), à la température <math>T_1=T_2</math> constante<ref name="Lallemand-9">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=9}}.</ref> :

:<math>\begin{align} w &= w_T = -\int_{v_1}^{v_2} rT_1 \, {\mathrm{d} v \over v}
 = - rT_1 \, \ln \! \left( {v_2 \over v_1} \right) \\
 &= rT_1 \, \ln \delta \end{align}</math>
:<math>w_\text{tr} = w_{\text{t}T} = \int_{P_1}^{P_2} rT_1 \, {\mathrm{d} P \over P}
 = rT_1 \, \ln \! \left( {P_2 \over P_1} \right)</math>

D'où le travail de transvasement isotherme<ref name="Lallemand-9"/>{{,}}<ref name="Renvoizé-687"/> :

<center>'''Travail de transvasement isotherme'''</center>
<center><math>w_{\text{t}T} = rT_1 \, \ln \delta</math></center>

Pour une transformation non isotherme (<math>k>1</math>) :

:<math>\begin{align} w &= w_\text{p} = -\int_{v_1}^{v_2} {K \over v^k} \, \mathrm{d} v
 = -{K \over 1-k} \, \left( {v_2}^{1-k} - {v_1}^{1-k} \right) = {1 \over k-1} \, \left( P_2 v_2 - P_1 v_1 \right)
 = {1 \over k-1} r \, \left( T_2 - T_1 \right) \\
 &= {1 \over k-1} rT_1 \, \left( \delta^{k-1 \over k} - 1 \right) \end{align}</math>
:<math>w_\text{tr} = w_\text{tp} = \int_{v_1}^{v_2} v \, \mathrm{d} \! \left( {K \over v^k} \right)
 = - kK \, \int_{v_1}^{v_2} {\mathrm{d} v \over v^k}
 = -{kK \over 1-k} \, \left( {v_2}^{1-k} - {v_1}^{1-k} \right)
 = {k \over k-1} \, \left( P_2 v_2 - P_1 v_1 \right)</math>

D'où le travail de transvasement polytropique<ref name="Lallemand-9"/>{{,}}<ref name="Renvoizé-687">{{harvsp|Renvoizé|id=Renvoizé|2010|p=687}}.</ref> :

<center>'''Travail de transvasement polytropique'''</center>
<center><math>w_\text{tp} = {k \over k-1} r \, \left( T_2 - T_1 \right)
 = {k \over k-1} rT_1 \, \left( \delta^{k-1 \over k} - 1 \right)</math></center>

Ainsi, quel que soit <math>k \geq 1</math>, on a <math>w_\text{tr} = k \, w</math> et, en [[valeur absolue]], <math>| w_\text{tr} | \geq | w |</math> : le travail à fournir à un compresseur est toujours plus grand que le travail à fournir pour la seule compression, et le travail produit par une turbine est toujours plus grand que le seul travail de détente.

Soit la température que l'on obtiendrait par un [[processus isentropique]] (donc [[processus adiabatique|adiabatique]] [[réversibilité thermodynamique|réversible]]<ref name="isentropique"/>), avec <math>k=\gamma</math> l'[[indice adiabatique]] :

<center>'''Température isentropique'''</center>
<center><math>T_3 = T_1 \delta^{\gamma-1 \over \gamma}</math></center>

Le travail produit par un transvasement isentropique vaut<ref name="Lallemand-8-9">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=8-9}}.</ref> :

<center>'''Travail de transvasement isentropique'''</center>
<center><math>w_\text{ts} = {\gamma \over \gamma-1} r \left( T_3 - T_1 \right)
 = {\gamma \over \gamma-1} r T_1 \left( \delta^{\gamma-1 \over \gamma} - 1 \right)</math></center>

Dans une machine [[processus adiabatique|adiabatique]] (sans échange de chaleur avec l'extérieur, calorifugée ou frigorifugée<ref name="Mérigoux-7">{{harvsp|Mérigoux|id=Mérigoux|1999|p=7}}.</ref>), la chaleur créée par l'irréversibilité du processus est intégralement transférée au gaz : la transformation est adiabatique irréversible. Le travail vaut<ref name="Lallemand-12">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=12}}.</ref> :

<center>'''Travail de transvasement adiabatique irréversible'''</center>
<center><math>w_\text{tq} = {\gamma \over \gamma-1} r \left( T_2 - T_1 \right)
 = {\gamma \over \gamma-1} r T_1 \left( \delta^{k-1 \over k} - 1 \right)</math></center>

Une transformation polytropique étant réversible par définition, la transformation adiabatique irréversible n'est pas polytropique. Cependant, son point initial et son point final étant respectivement les points d'entrée et de sortie de la machine, elle permet un calcul approché correct du travail de la plupart des machines adiabatiques réelles.

=== Optimisation d'une machine de transvasement ===

L'étude du travail de transvasement polytropique montre que, pour un taux <math>\delta</math> et une température d'admission <math>T_1</math> constants, avec <math>k \geq 1</math><ref name="Lallemand-11">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=11}}.</ref> :

<center>pour un compresseur : <math>0 < w_{\text{t}T} < w_\text{tp}^{\left( k < \gamma \right)} < w_\text{ts} < w_\text{tp}^{\left( k > \gamma \right)}</math></center>
<center>pour une turbine : <math>w_{\text{t}T} < w_\text{tp}^{\left( k < \gamma \right)} < w_\text{ts} < w_\text{tp}^{\left( k > \gamma \right)} < 0</math></center>

Pour un compresseur <math>\delta > 1</math>, la température de refoulement <math>T_2 = T_1 \delta^{k-1 \over k}</math> est supérieure à la température d'admission <math>T_1</math>. Le travail de transvasement diminue avec la température de refoulement (avec <math>k</math>). Le refroidissement d'un compresseur (<math>k<\gamma</math>) permet donc de diminuer le travail à fournir<ref name="Lallemand-11"/>. Le réchauffement d'un compresseur (<math>k>\gamma</math>) est par conséquent sans intérêt. Cependant, les forces de frottement mécanique et la viscosité du gaz rendent le processus naturellement [[réversibilité thermodynamique|irréversible]] : une partie du travail est dégradé en chaleur et un compresseur subit nécessairement un réchauffement qui doit être minimisé lors de la conception de la machine. Un coefficient <math>k>\gamma</math> est obtenu en l'absence de refroidissement ou en cas de refroidissement insuffisant de la machine.

Pour une turbine <math>\delta < 1</math>, la température de refoulement <math>T_2 = T_1 \delta^{k-1 \over k}</math> est inférieure à la température d'admission <math>T_1</math>. La [[valeur absolue]] du travail de transvasement augmente avec la température de refoulement (avec <math>k</math>). Le réchauffement d'une turbine permet donc d'augmenter le travail récupéré<ref name="Lallemand-11"/>. Le refroidissement d'une turbine (<math>k>\gamma</math>) est par conséquent sans intérêt, excepté dans le cas particulier où des conditions de tenue des matériaux doivent être respectées. Une turbine subit naturellement un réchauffement dû à l'[[réversibilité thermodynamique|irréversibilité]] du processus. Le réchauffement volontaire est peu fréquent, car il est économiquement et techniquement plus facile de refroidir un compresseur que de réchauffer une turbine<ref name="Lallemand-20">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=20}}.</ref>.

L'échange de chaleur peut s'effectuer de façon continue<ref name="Lallemand-16">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=16}}.</ref> pendant l'opération de changement de pression, par exemple via les parois internes de la machine en contact avec le gaz parcourues par un fluide frigoporteur ou caloporteur. Dans certains compresseurs, une fraction de liquide (huile ou gaz liquéfié) est injectée dans le flux entrant. Le réchauffement, voire l'évaporation, de ce liquide dans la machine absorbe une partie de la chaleur dégagée par le processus de compression.

Pour un compresseur comme pour une turbine, le processus optimal est isotherme (<math>k=1</math>)<ref name="Lallemand-11"/> : un compresseur consomme un minimum de travail, une turbine en produit un maximum.

=== Rendement d'une machine de transvasement ===

Soit <math>\dot W_\text{t}</math> la [[puissance (physique)|puissance]] (en [[watt (unité)|watts]], {{unité|W}}) que la machine consomme (pour un compresseur) ou délivre (pour une turbine) en opérant un débit massique de gaz <math>\dot m</math> (en kilogrammes par seconde, {{unité|kg/s}}). Le travail technique [[grandeur massique|massique]] <math>w_\text{t}</math> (en [[joule (unité)|joules]] par kilogramme, {{unité|J/kg}}) est le travail consommé ou produit par l'opération d'un kilogramme de gaz<ref name="Lallemand-15">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=15}}.</ref> :

<center>'''Travail technique massique'''</center>
<center><math>\dot W_\text{t} = w_\text{t} \, \dot m</math></center>

Ce travail est positif pour un compresseur (un compresseur reçoit du travail), négatif pour une turbine (une turbine produit du travail).

Dans une machine idéale la transformation est [[réversibilité thermodynamique|réversible]], tout le travail est utilisable : <math>w_\text{t} = w_\text{tr}</math>, le travail de transvasement massique. Dans une machine réelle la transformation est irréversible, car une partie du travail est dégradée en chaleur. Un compresseur réel consomme plus de travail qu'un compresseur idéal. Une turbine réelle produit moins de travail qu'une turbine idéale. Par définition, une [[processus polytropique|transformation polytropique]] est réversible. On peut donc comparer la transformation réelle (irréversible sur un [[gaz réel]]) à une transformation polytropique (réversible sur un [[gaz parfait]]) produisant les mêmes conditions de refoulement à partir des mêmes conditions d'admission.

Soient les conditions réelles de fonctionnement, mesurées aux bornes de la machine :
* <math>P_1, \, T_1</math> à l'admission (entrée) ;
* <math>P_2, \, T_2</math> au refoulement (sortie).

La transformation polytropique associée à la transformation réelle suit la relation : <math>{T_1}^k {P_1}^{1-k} = {T_2}^k {P_2}^{1-k}</math>. On peut ainsi calculer l'indice polytropique<ref name="Lallemand-14">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=14}}.</ref>{{,}}<ref name="Renvoizé-687">{{harvsp|Renvoizé|id=Renvoizé|2010|p=687}}.</ref> :

<center>'''Indice polytropique'''</center>
<center><math>k = {\ln \delta \over \ln \delta - \ln \! \left( T_2 / T_1 \right)}</math></center>

L'indice polytropique d'une machine réelle est toujours supérieur à 1, cette valeur correspondant à une transformation [[processus isotherme|isotherme]] (<math>T_1=T_2</math>). 

On définit le [[Rendement (physique)|rendement]] polytropique de la machine par<ref name="Lallemand-13">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=13}}.</ref> :

<center>'''Rendement polytropique'''</center>
<center>pour un compresseur : <math>\eta_\text{p}^\text{C} = {w_\text{tp} \over w_\text{t}}</math> ; pour une turbine : <math>\eta_\text{p}^\text{T} = {w_\text{t} \over w_\text{tp}}</math></center>

Le rendement est une grandeur comprise entre 0 et 1. Plus il tend vers 1, plus la machine est idéale : moins un compresseur dissipe de travail en le transférant au gaz, plus une turbine récupère de travail produit par le gaz.

Pour un compresseur refroidi ou une turbine réchauffée (<math>1 < k < \gamma</math> dans les deux cas), le travail réel est également comparé au travail isotherme<ref name="Lallemand-13"/> :

<center>'''Rendement isotherme'''</center>
<center>pour un compresseur : <math>\eta_T^\text{C} = {w_{\text{t}T} \over w_\text{t}}</math> ; pour une turbine : <math>\eta_T^\text{T} = {w_\text{t} \over w_{\text{t}T}}</math></center>

Dans une machine adiabatique (sans échange de chaleur avec l'extérieur<ref name="Mérigoux-7">{{harvsp|Mérigoux|id=Mérigoux|1999|p=7}}.</ref>), la chaleur créée par le processus est entièrement transférée au gaz, et la température <math>T_2</math> réelle de sortie est nécessairement supérieure à la température <math>T_3</math> isentropique. L'indice polytropique vaut <math>k > \gamma</math> pour un compresseur et <math>1 < k < \gamma</math> pour une turbine. Le rendement isentropique (ou adiabatique) est défini par le rapport entre le travail isentropique et le travail adiabatique irréversible<ref name="Lallemand-12">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=12}}.</ref>{{,}}<ref name="Renvoizé-685">{{harvsp|Renvoizé|id=Renvoizé|2010|p=685}}.</ref>{{,}}<ref name="Lallemand-14"/>{{,}}<ref name="Renvoizé-688">{{harvsp|Renvoizé|id=Renvoizé|2010|p=688}}.</ref> :

<center>'''Rendement isentropique'''</center>
<center>pour un compresseur : <math>\eta_\text{s}^\text{C} = {w_\text{ts} \over w_\text{tq}} = {T_3 - T_1 \over T_2 - T_1}</math> ; pour une turbine : <math>\eta_\text{s}^\text{T} = {w_\text{tq} \over w_\text{ts}} = {T_2 - T_1 \over T_3 - T_1}</math></center>

Dans le cas d'un compresseur à refroidissement continu (<math>k<\gamma</math>) on obtient <math>\eta_\text{s}^\text{C} > 1</math>, ce rendement n'est pas pertinent<ref name="Lallemand-13"/>.

=== Machines étagées ===
[[Fichier:Axial compressor.gif|vignette|Animation de principe d'un [[compresseur axial]] étagé. L'admission se situe à gauche, le refoulement à droite. Un étage du compresseur (il y en a quatre ici) comporte un rang d'aubes mobiles du [[rotor]] suivi d'un rang d'aubes fixes du [[stator]].]]

Une machine étagée est composée de plusieurs étages successifs de changement de pression. On suppose que chacun de ces étages met en œuvre une transformation élémentaire adiabatique irréversible dont le point initial et le point final sont sur la courbe polytropique <math>T^k P^{1-k} = K</math>, l'indice <math>k</math> étant le même pour tous les étages (avec <math>k>\gamma</math> pour un compresseur et <math>1<k<\gamma</math> pour une turbine)<ref name="Lallemand-13-14">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=13-14}}.</ref>.

Dans un étage mettant en œuvre une variation de pression <math>\mathrm{d} P</math>, la variation de température vaut<ref name="Lallemand-13-14"/> :

:<math>\mathrm{d} T_\text{p} = {k-1 \over k} T \, {\mathrm{d} P \over P}</math>

Les deux points <math>\left( P, \, T \right)</math> d'entrée d'étage et <math>\left( P + \mathrm{d} P, \, T + \mathrm{d} T_\text{p} \right)</math> de sortie d'étage sont sur la courbe polytropique ; le travail adiabatique irréversible de l'étage vaut :

:<math>\delta w_\text{tq} = {\gamma \over \gamma-1} r \, \mathrm{d} T_\text{p}</math>

À partir du même point d'entrée, la même variation de pression dans une transformation isentropique donne une variation de température égale à<ref name="Lallemand-13-14"/> :

:<math>\mathrm{d} T_\text{s} = {\gamma-1 \over \gamma} T \, {\mathrm{d} P \over P}</math>

Le point <math>\left( P + \mathrm{d} P, \, T + \mathrm{d} T_\text{s} \right)</math> n'est pas sur la courbe polytropique ; le travail isentropique élémentaire vaut :

:<math>\delta w_\text{ts} = {\gamma \over \gamma-1} r \, \mathrm{d} T_\text{s}</math>

On définit le rendement d'étage par le rapport des travaux élémentaires<ref name="Lallemand-13-14"/> :

<center>'''Rendement d'étage'''</center>
<center>pour un compresseur : <math>\eta_\text{e}^\text{C} = {\delta w_\text{ts} \over \delta w_\text{tq}} = {\mathrm{d} T_\text{s} \over \mathrm{d} T_\text{p}} = {\gamma-1 \over \gamma} {k \over k-1}</math> ; pour une turbine : <math>\eta_\text{e}^\text{T} = {\delta w_\text{tq} \over \delta w_\text{ts}} = {\mathrm{d} T_\text{p} \over \mathrm{d} T_\text{s}} = {\gamma \over \gamma-1} {k-1 \over k}</math></center>

Dans le cas des machines adiabatiques, le travail réel est assimilable au travail adiabatique irréversible, soit <math>w_\text{t} = w_\text{tq}</math>, et par conséquent<ref name="Lallemand-15"/> :

:<math>\eta_\text{p}^\text{C} = {w_\text{tp} \over w_\text{tq}} = {\gamma-1 \over \gamma} {k \over k-1} = \eta_\text{e}^\text{C}</math>

Pour une turbine on a également <math>\eta_\text{p}^\text{T} = \eta_\text{e}^\text{T}</math>. Ainsi, dans une machine adiabatique composée d'un grand nombre d'étages, le rendement polytropique donne accès au rendement isentropique moyen des différents étages<ref name="Lallemand-15"/>.

=== Échange de chaleur fractionné ===
[[Fichier:Compresseur 2 étages avec refroidissement.jpg|vignette|300px|Compresseur à deux étages avec refroidissement intermédiaire.<br>
Le gaz entre dans un premier étage de compression. En sortie de cet étage, il est refroidi avant d'entrer dans le second étage de compression. La machine a un taux de compression global <math>\delta = P_2 / P_1</math>. Dans une machine optimisée, les deux étages ont le même taux de compression <math>\delta^{1/2}</math>, les températures d'entrée des deux étages sont égales ainsi que leurs températures de sortie.]]

Soit une machine composée de <math>{\mathfrak n}</math> étages de changement de pression et de <math>{\mathfrak n}-1</math> [[échangeur de chaleur|échangeurs de chaleur]] intermédiaires. L'échange de chaleur est ainsi fractionné en plusieurs étages distincts des étages de changement de pression.

On suppose que chaque étage de changement de pression met en œuvre une transformation adiabatique irréversible, soit <math>k > \gamma</math> pour un compresseur et <math>1 < k < \gamma</math> pour une turbine. On suppose également que le coefficient <math>k</math> est le même pour tous les étages : le rendement d'étage <math>\eta_\text{e}</math> est donc le même pour tous les étages<ref name="Lallemand-17-18">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=17-18}}.</ref>. En sortie de chaque étage, hormis le dernier, l'échangeur permet de ramener la température au niveau de la température d'entrée de l'étage, par refroidissement pour un compresseur, par réchauffement pour une turbine. En notant <math>T_{1i}</math> la température d'entrée de l'étage <math>i</math><ref name="Lallemand-17-18"/> :

<center><math>T_{1i} = T_1</math></center>

La loi polytropique sur un étage donne <math>{T_{2i}}^k {P_{2i}}^{1-k} = {T_{1i}}^k {P_{1i}}^{1-k}</math>. Le travail adiabatique irréversible de l'étage <math>i</math> vaut<ref name="Lallemand-17-18"/> :

:<math>w_{\text{tq}i} = {\gamma \over \gamma-1} r \left( T_{2i} - T_{1i} \right) = {\gamma \over \gamma-1} r T_1 \left( {\delta_i}^{k-1 \over k} - 1 \right)</math>

avec <math>\delta_i = {P_{2i} \over P_{1i}}</math> le taux de compression de l'étage. Aux [[Perte de charge|pertes de charge]] dans les échangeurs près, la pression d'entrée d'un étage est égale à la pression de sortie de l'étage précédent, <math>P_{1i} = P_{2 \left( i-1 \right)}</math>. Le travail technique total de la machine est la somme des travaux de tous les étages. Il est optimal (minimal) si le taux de compression est le même pour tous les étages, d'où<ref name="Lallemand-17-18"/>{{,}}<ref name="Lallemand-20-21"/> :

<center><math>\delta_i = \left( {P_2 \over P_1} \right)^{1 \over {\mathfrak n}} = \delta^{1 \over {\mathfrak n}}</math> ; <math>P_{2i} = P_1 \delta^{i \over {\mathfrak n}}</math> ; <math>T_{2i} = T_1 \delta^{k-1 \over {\mathfrak n} k} = T_2</math></center>

Les pressions de sortie d'étage suivent donc une [[progression géométrique]] et les températures de sortie d'étage sont toutes égales. Par conséquent, le travail est le même pour tous les étages et le travail technique total vaut<ref name="Lallemand-17-18"/>{{,}}<ref name="Lallemand-20-21">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=20-21}}.</ref> :

<center>'''Travail technique total'''</center>
<center><math>w_\text{t} = w_\text{tq} = \sum_{i=1}^{\mathfrak n} w_{\text{tq}i} = {\mathfrak n} {\gamma \over \gamma-1} r \left( T_2 - T_1 \right) = {\mathfrak n} {\gamma \over \gamma-1} r T_1 \left( \delta^{k-1 \over {\mathfrak n} k} - 1 \right)</math></center>

La relation polytropique <math>T_1 \delta^{k-1 \over {\mathfrak n} k} = T_2</math> donne le coefficient polytropique :

<center>'''Indice polytropique'''</center>
<center><math>k = {\ln \delta \over \ln \delta - {\mathfrak n} \, \ln \! \left( T_2 / T_1 \right)}</math></center>

Dans un compresseur <math>\ln \delta</math> et <math>\ln \! \left( T_2 / T_1 \right)</math> sont positifs, ils sont négatifs dans une turbine. Le rapport <math>T_2/T_1</math> est contraint par le nombre d'étages. Dans un compresseur, <math>k > \gamma</math> et <math>\ln \delta - {\mathfrak n} \, \ln \! \left( T_2 / T_1 \right) \geq 0</math> donnent :

<center>pour un compresseur : <math>{\gamma-1 \over \gamma} {\ln \delta \over {\mathfrak n}} \leq \ln \! \left( {T_2 \over T_1} \right) \leq {\ln \delta \over {\mathfrak n}}</math></center>

Dans une turbine, <math>1 < k < \gamma</math> donne :

<center>pour une turbine : <math>{\gamma-1 \over \gamma} {\ln \delta \over {\mathfrak n}} \leq \ln \! \left( {T_2 \over T_1} \right) \leq 0</math></center>

Pour un compresseur comme pour une turbine, un nombre d'étages <math>{\mathfrak n}</math> infini permettrait, en théorie, d'atteindre une transformation isotherme, optimale.

Une machine multiétage peut être comparée à une machine monoétage produisant le même taux de compression <math>\delta</math> et associée à une transformation polytropique de même indice <math>k</math>. Cette comparaison est effectuée en calculant le rapport de leurs travaux<ref name="Lallemand-19">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=19}}.</ref> :

<center>'''Coefficient d'efficacité fractionnée'''</center>
<center>pour un compresseur : <math>{\rm e}_\text{f}^\text{C} = {w_\text{tq}^{({\mathfrak n}=1)} \over w_\text{t}} = {\delta^{k-1 \over k} - 1 \over {\mathfrak n} \left( \delta^{k-1 \over {\mathfrak n} k} - 1 \right)}</math> ; pour une turbine : <math>{\rm e}_\text{f}^\text{T} = {w_\text{t} \over w_\text{tq}^{({\mathfrak n}=1)}} = {{\mathfrak n} \left( \delta^{k-1 \over {\mathfrak n} k} - 1 \right) \over \delta^{k-1 \over k} - 1}</math></center>

L'[[Efficacité énergétique (thermodynamique)|efficacité]] <math>{\rm e}_\text{f}</math> est un nombre supérieur à 1. Plus le nombre d'étages <math>{\mathfrak n}</math> est élevé, plus l'efficacité est grande. Ainsi, plus la machine est étagée, plus elle est efficace en comparaison avec une machine monoétage : un compresseur nécessite moins de travail, une turbine en produit plus<ref name="Lallemand-19"/>.

[[Fichier:Travail d'un compresseur à deux étages.jpg|vignette|300px|Travail d'un compresseur biétage avec refroidissement intermédiaire comparé au travail d'un compresseur monoétage produisant le même taux de compression {{nobr|(ici <math>\delta = 9/1 = 9</math>)}}. La machine biétage permet d'économiser le travail <math>W_3</math> par rapport à la machine monoétage.]]

La figure ci-contre montre les cycles d'un compresseur monoétage et d'un compresseur biétage avec refroidissement intermédiaire. Le cycle du compresseur monoétage passe par les points A, B, C et D, puis il revient en A. Il nécessite un travail total égal à <math>W_1+W_2+W_3</math>. Le cycle du premier étage du compresseur étagé passe par les points A, B, E et G, puis il revient en A. Il nécessite un travail égal à <math>W_1</math>. Le gaz qui sort de cet étage est refroidi avant d'entrer dans le second étage. Le cycle de ce second étage passe par les points G, F, H et D, puis il revient en G. Il nécessite un travail égal à <math>W_2</math>. Le travail total du compresseur étagé vaut <math>W_1+W_2</math>. La disposition à deux étages avec refroidissement intermédiaire permet d'économiser le travail <math>W_3</math> (entre les points F, E, C et H)<ref name="Mauduit2012-66">{{harvsp|Mauduit|id=Mauduit|2013|p=66}}.</ref>. Dans une machine étagée optimisée, les points B et F (entrées des deux étages) sont à la même température <math>T_1</math>, les points E et H (sorties des deux étages) sont à la même température <math>T_2</math>, les deux étages ont le même taux de compression (ici <math>\delta^{1/2} = 3</math>) et nécessitent le même travail <math>W_1=W_2</math>.

=== Refroidissements continu et fractionné combinés ===

Pour un compresseur combinant  refroidissement continu (au cours des étapes de compression) et refroidissement fractionné (séparé des étages de compression), le travail est optimisé de la même façon que pour une machine adiabatique : températures d'entrée des étages égales, températures de sortie égales, progression géométrique des pressions de sortie. Dans ce cas, le travail polytropique total vaut<ref name="Lallemand-18">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=18}}.</ref> :

<center>'''Travail polytropique total'''</center>
<center><math>w_\text{tp} = {\mathfrak n} {k \over k-1} r \left( T_2 - T_1 \right) = {\mathfrak n} {k \over k-1} r T_1 \left( \delta^{k-1 \over {\mathfrak n} k} - 1 \right)</math></center>

Le coefficient polytropique est calculé de la même façon que pour la machine adiabatique, mais est tel que <math>1 < k < \gamma</math>, avec :

<center><math>0 \leq \ln \! \left( {T_2 \over T_1} \right) \leq {\gamma-1 \over \gamma} {\ln \delta \over {\mathfrak n}}</math></center>

Comme pour la machine adiabatique, un nombre élevé d'étages <math>{\mathfrak n}</math> permet de tendre vers la transformation isotherme et améliore l'efficacité de ce type de machine.

== Notations ==

;Alphabet latin
{{Début de colonnes|nombre=2}}
* <math>{\rm e}</math> l'[[Efficacité énergétique (thermodynamique)|efficacité]] ;
* <math>H</math> l'[[enthalpie]] ;
* <math>k</math> l'[[processus polytropique|indice polytropique]] ;
* <math>M</math> la [[masse molaire]] ;
* <math>n</math> la [[quantité de matière]] ;
* <math>{\mathfrak n}</math> le nombre d'étages d'une machine étagée ;
* <math>P</math> la [[pression]] ;
* <math>Q</math> la [[chaleur (thermodynamique)|chaleur]] ;
* <math>r=R/M</math> la [[Constante spécifique d'un gaz parfait|constante spécifique du gaz]]<ref name="Lallemand-5">{{harvsp|Lallemand|id=Lallemand|2021|p=5}}.</ref>{{,}}<ref name="Renvoizé-679">{{harvsp|Renvoizé|id=Renvoizé|2010|p=679}}.</ref> ;
* <math>R</math> la [[constante universelle des gaz parfaits]] ;
* <math>S</math> l'[[entropie (thermodynamique)|entropie]] ;
* <math>T</math> la [[température thermodynamique|température]] ;
* <math>U</math> l'[[énergie interne]] ;
* <math>v = V / (Mn)</math> le [[volume massique]] ;
* <math>V</math> le [[volume]] ;
* <math>w = W / (Mn)</math> le travail massique ;
* <math>W</math> le [[travail d'une force|travail]] ;
{{Fin de colonnes}}

;Alphabet grec
{{Début de colonnes|nombre=2}}
* <math>\gamma</math> le [[indice adiabatique|coefficient de Laplace]] ;
* <math>\delta</math> le taux de compression ou de détente ;
* <math>\eta</math> le [[Rendement (physique)|rendement]] ;
* <math>\mu</math> le [[potentiel chimique]].
{{Fin de colonnes}}

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références}}

=== Références ===

* {{Ouvrage |langue=fr |format=pdf |auteur1=I. Côte |auteur2=C. Carlier |auteur3=L. Lebrun |auteur4=N. Sard |auteur5=M. Décombe Vasset |titre=Physique Chimie BCPST 2 |sous-titre=Exercices incontournables |éditeur=Dunod |collection= |lieu= |année=2018 |numéro d'édition=2 |volume= |tome= |pages totales= |passage=14-17 |isbn=978-2-10-077957-4 |lire en ligne=https://www.dunod.com/sites/default/files/atoms/files/9782100779574/Feuilletage.pdf |id=Côte }}.
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Henri Fauduet |titre=Mécanique des fluides et des solides appliquée à la chimie |sous-titre= |éditeur=Lavoisier |collection= |lieu= |année=2011 |numéro d'édition= |volume= |tome= |pages totales=691 |passage=146-152 |isbn=9782743013158 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=0-_ol3P7Q90C&pg=PA146 |id=Fauduet }}.
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=André Lallemand |titre=Compression et détente des gaz ou des vapeurs |sous-titre= |éditeur=[[Éditions techniques de l'ingénieur|Éditions Techniques de l'Ingénieur]] |collection= |lieu= |année=2021 |numéro d'édition= |volume=BE 8 013 |tome= |pages totales=26 |passage= |isbn= |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=z53TEvRldpsC&pg=PA7 |id=Lallemand}}.
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Richard Mauduit |titre=Thermodynamique en 20 fiches |sous-titre= |éditeur=Dunod |collection= |lieu= |année=2013 |numéro d'édition= |volume= |tome= |pages totales=160 |passage=59-70 |isbn=9782100590773 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=srEQXRApgdIC&pg=PA68 |id=Mauduit}}.
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Jean-Marie Mérigoux |titre=Ventilateurs. Compresseurs |sous-titre=Notions fondamentales. Dimensionnement |éditeur=[[Éditions techniques de l'ingénieur|Éditions Techniques de l'Ingénieur]] |collection= |lieu= |année=1999 |numéro d'édition= |volume=BM 4 500 |tome= |pages totales=37 |passage= |isbn= |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=OTo-5JtItWkC&pg=PA7 |id=Mérigoux}}.
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Vincent Renvoizé |titre=Physique MP-MP*-PT-PT* |sous-titre=cours complet avec tests, exercices et problèmes corrigés |éditeur=Pearson Education France |collection= |lieu= |année=2010 |numéro d'édition= |volume= |tome= |pages totales=879 |passage= |isbn=9782744074400 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=QXvKYmC7K1kC&pg=PA682 |id=Renvoizé}}.

== Articles connexes ==

* [[Compresseur mécanique]]
* [[Enthalpie]]
* [[Processus polytropique]]
* [[Turbine]]

{{Palette|Groupe motopropulseur}}

{{Portail|physique|énergie}}

[[Catégorie:Mécanique classique]]
[[Catégorie:Énergie (physique)]]
[[Catégorie:Thermodynamique]]