AF=5«S

Il est, je pense, impossible de désirer un accord plus parfait entre des nombres obtenus de deux façons aussi différentes. Nous pouvons légitimement conclure de là que les fuites entre le piston et les parois du cylindre étaient presque insensibles, et que, par conséquent, la quantité o^*, o65oi que nous avons trouvée dépensée de plus que ne le supposait le volume offert pendant l'admission, que cette quantité, dis-je, est due bien réellement à une condensation contre les parois.

Poursuivons notre analyse, et voyons si la chaleur cédée aux parois par cette masse de vapeur o^'^joGSoi est employée tout entière à chauffer la vapeur et Teau pendant la détente.

Désignons par R« le nombre de calories enlevées aux parois par la vapeur pendant qu'elle se détend dans le cylindre en se précipitant dans le condenseur.

La condensation de la masse o,o65oi pendant Tadmission se fait sous la pression constante 5i55o kilogrammes. La chaleur rendue est donc le produit de ce nombre o''',o65oi par la chaleur d'évaporation r répondant à 5i55o ou par 499^,^4. Cette quantité de chaleur est évidemment égale à la somme de celle qu'a coûté la détente et de celle qu'enlève la vapeur avant d'entrer au condenseur. En nous rappelant que le cylindre perdait extérieurement i**^25 et que

-sole frottement du- piston développait o"',4, nous avons, par suite, •

(o,o65oi.499*^S^4 — Rc— i>25 -+-0,4) = 12,27,

d'où

La quantité de chaleur envoyée à chaque coup de piston, en pure perte, au condenseur par le refroidissement des parois dépasse donc de (19 — 1 2,37) ou 6***, 8 celle qui est cédée aussi par les parois, et sous forme utile, à la vapeur qui se détend en donnant du travail ! La quantité de chaleur dépensée dans la chaudière est

(o,ii32 — o,ii22.o,o45)(6o6,5 4-o,3o5. i52,i4)

Ainsi, par suite de l'action des parois — ^ ou environ

1 8 pour 100 de la totalité de chaleur disponible, 70^*", 73 sont employés utilement pendant la détente à augmenter le travail,

tandis que — ^ ou plus de 27 pour 100 sont sacrifiés en

pure perte et donnés à la vapeur au moment où elle quitte le cylindre !

Analysons de la même manière les résultats donnés par la seconde machine que j'ai citée. L'exemple que je vais prendre est particulièrement digne d'attention et de confiance : i® parce que l'expérience a été faite sur une machine travaillant habituellement avec vapeur surchauffée et permettant, par suite, une comparaison précise entre les effets de la vapeur saturée et ceux de la vapeur surchauffée; 2^ parce que le travail a été mesuré tout à la fois à l'aide de l'indicateur Watt et d'un

dynamomètre de flexion (*) placé sur le balancier, et que cette mesure présente, par suite, toutes les garanties possibles d'exactitude. Le travail a été évalué pour les deux faces du piston : c'est la moyenne obtenue qui forme la base de la discussion suivante. ^

La machine consommait M = 0*^,3732 par coup de piston de vapeur et d'eau entraînée : d'après une mesure précise, cette eau s'élevait à peine à 1 pour 100 ; la dépense en vapeur saturée était donc 0^^, 369468. La pression de la vapeur dans le cylindre à la fin de l'admission était de 37 773 kilogrammes, ce qui répond à 140*^,78. La pression à la fin de la détente était de 9701 kilogrammes, ce qui répond à 98^,24.

Les valeurs de r, APa, p, y, 7 sont, à ces températures,

To = 4i3%63, ro=5i3-S76, q,= i/^^^\oi,

APu = 43,434, po = 470^33, 7o = :x^«, 04209,

APu = 4o,o4i, p^ = 497»7» 7* = 0^^,56974.

L'espace ou volume offert pendant l'admission était o™*^, 1259. Le poids de vapeur présent était donc

niQ = 0,1259.2,04209 = o^*,257i.

Il résulte de là qu'il se condensait pendant l'admission

c'est-à-dire plus de 3o pour 1 00 de la vapeur admise !

Le volume offert à la vapeur à la fin de la détente était o°'*,49- Le poids final de la vapeur s'élevait, par suite, à

Ce poids s'accroît donc notablement.

(') Fbir les Bulletins de la Société industrielle de Mulhouse, 1873.

A Taide des données précédentes , notre équation générale

devient

(0,3732 + ^)c„log|i^

En écrivant pour c^ la valeur moyenne ^, ^' ^ — ^^ *j ou 1,00715, et résolvant par rapport à (jl, on trouve

fi = 0*^,4063043; d'où il résulte

pour la quantité de chaleur qu'à chaque coup de piston les parois cèdent à la vapeur pendant la détente. Voyons ce qui, sur ces i7^S59, est utilisé en travail.

La somme initiale Uo et la somme finale U| ont ici pour valeur

cal kg cal

Uo = i43?oi .0,3733 -+- 470,33.0,2571 = 173,92, U, = 98,72.0,3732 -h 497j7<>^279ï7 = '75^79

L'accroissement 5U est donc

Jt75^79~ 173,92 = i'*S87,

et, comme notre provision de chaleur 17,59 sert à produire cet accroissement et le travail de détente, on a

I^ valeur trouvée directement à l'aide des diagrammes s'élevait à 1 5*^^84.

Il n'est encore pas possible d'avoir un plus bel accord entre deux nombres trouvés par des voies aussi différentes. Cherchons maintenant aussi la valeur de R^, c'est-à-dire la quantité de chaleur que la vapeur prenait aux parois au moment où elle se jetait au condenseur.

Nous avons trouvé qu'il se condensait pendant l'admission o^*, II 2368 par coup de piston. La chaleur cédée ainsi aux parois est donc

5i3,76.o,ii2368r=57^«',73.

Cette chaleur, diminuée de la somme 17,59 ■+- 1,06 que les l)arois cèdent à la vapeur qui se détend et de la perte externe du cylindre, est visiblement celle qu'emporte la vapeur au condenseur, et il vient

Ainsi, dans cette machine, la quantité considérable de 39 calories était sacrifiée en pure perte.

Tout ce qui précède nous montre surabondamment à quels résultats inexacts on arrivera si l'on ne tient pas compte de l'influence des parois. Une théorie générique telle que celles qu'on a édifiées jusqu'ici nous donnerait, en effet, pour les exemples cités :

I** Une erreur de 3o à 60 pour 100 dans l'évaluation a priori de la dépense en vapeur ;

2® Une erreur considérable sur la grandeur du travail fourni par la détente, puisqu'on supposerait que l'expansion a lieu sans addition de chaleur ;

3*^ Enfin une erreur encore plus considérable sur l'emploi même de la chaleur disponible, puisqu'on ne tiendrait nul II. 3

compte de la chaleur cédée à la vapeur au moment de la condensation.

De tels résultats tranchent si étrangement sur tout ce qui avait été admis jusqu'ici, qu'il convient, je pense, de les expliquer dès à présent et de montrer que, fort loin d'être bizarres, d'être en opposition avec les lois connues de la transmission de la chaleur, ils sont, au contraire, fort naturels et en harmonie parfaite avec ces lois.

Lç peu de personnes qui, en faisant la théorie de la machine à vapeur, se sont occupées en passant de l'influence thermique des parois, et celles, en très-grand nombre au contraire, avec lesquelles j'ai eu occasion de discuter verbalement cette question, ont cherché à nier cette influence en disant que la durée du phénomène de l'admission de la vapeur, celle de la détente, celle de l'expulsion au condenseur, sont trop courtes pour que l'échange de chaleur entre le métal et le gaz aqueux puisse se manifester ostensiblement à l'observation même la plus précise. Les gaz, dit-on, sont les plus mauvais des conducteurs connus du calorique; de plus, ils sont diathermanes à un haut degré, c'est-à-dire que la chaleur rayonnante qui les frappe n'est absorbée par eux qu'en petite proportion. Comment un phénomène de refroidissement ou de réchauffement de quelque importance pourrait-il avoir lieu en un temps qui quelquefois ne s'élève pas à y;j de seconde ?

L'espèce d'objection précédente est la seule qui ait un caractère scientifique ; mais elle n'est que spécieuse. Il est bien facile de la réfuter.

Nous avons affaire, il est vrai, à un gaz; mais ce gaz est à l'état de saturation : le liquide qui l'a produit et qui peut s'y trouver mêlé est lui-même à l'état de saturation. En d'autres termes, les deux corps mêlés sont à un état d'équilibre

moléculaire tel, qu'on ne peut enlever de chaleur à l'un ou en ajouter à l'autre sans qu'une portion du premier ne se résolve en liquide ou sans qu'une portion du second ne se réduise en gaz. Le changement partiel d'état qu'occasionne ainsi une soustraction ou une addition de calorique n'a nullement lieu parce que toute la masse présente perd ou reçoit de la chaleur, mais seulement parce que toutes les parties en rapport immédiat avec la source de froid ou de chaleur perdent ou reçoivent. Le changement de température qui, pendant ces phénomènes, peut avoir lieu dans toute la masse n'est dû qu'au changement de pression occasionné par une condensation ou une évaporation partielle ; il n'est dû qu'à une détente ou à une compression de la masse totale. C'est sur ces faits élémentaires que repose une des propositions les plus importantes de la Physique appliquée aux moteurs à vapeur, à savoir : que, quand une vapeur est introduite dans un réservoir de dimensions invariables dont les parois n'ont pas partout la même température, la tension finale de la vapeur est toujours celle qui répond à la température la plus basse. La rapidité avec laquelle la masse entière arrive à cette tension minima dépend naturellement de l'étendue et de la conductibilité des parois qui possèdent la température minima ; mais cette rapidité est toujours en quelque sorte infinie par rapport à celle avec laquelle a lieu un changement de température et de pression qui se fait dans une masse gazeuse par propagation successive de chaleur. C'est sur la proposition précédente, ou pour mieux dire, c'est sur les faits d'où elle dérive que repose la possibilité même des fonctions du condenseur. Tune des plus admirables parmi les nombreuses inventions qu'a produites le génie de Watt.

L'eau d'injection du condenseur peut, on le sait, être remplacée par des surfaces métalliques froides suffisamment éten-

dues ; et lorsque ces surfaces sont bien nettes et décapées (* ), il n'est nullement nécessaire que leur étendue soit aussi considérable qu'on pourrait le croire. Ix)rsqu'une machine à vapeur est peu chargée ou marche à vide, on peut supprimer totalement l'injection pendant un certain temps sans que le vide en souffre. La vapeur, en petite quantité relative, qui afflue au condenseur se liquéfie instantanément contre les parois métalliques tenues froides par l'eau de la bâche.

C'est sur l'ensemble des faits que je viens de développer ou plutôt de rappeler, car ils sont connus de tout le monde, que repose maintenant l'explication correcte et naturelle de l'influence thermique des parois métalliques dans la machine à vapeur.

Pendant la période d'admission, la vapeur qui afflue de la chaudière se trouve dans le cylindre en contact avec des parois parfaitement décapées qui ont toujours et nécessairement une température inférieure à celle du gaz aqueux. La vapeur se condense donc contre elles par contact immédiat et non pas parce que toute sa masse se refroidit : sa pression, en conséquence, tend à baisser; mais, si les conduites et les lumières ont assez de section, la vapeur peut affluer assez vite pour que cet abaissement devienne peu considérable, en dépit de l'accroissement rapide du volume engendré par le mouvement du piston et en dépit de la condensation partielle.

Lorsque l'afflux de la vapeur est coupé, les parois se trouvent donc recouvertes d'une couche d'eau plus ou moins

(*) Cette condition est essentielle. Si les condenseurs à grande surface ont échoué jusqu'ici en pratique, c*cst uniquement parce que les graisses qu'entraîne la vapeur couTrcnt bientôt les surfaces métalliques d'une couche isolante et réduisent de fait considérablement la surface condensante.

considérable. Lorsque la détente commence et que, par conséquent, la pression diminue, cette eau se met à bouillir vivement aux dépens de la chaleur que viennent de recevoir les parois pendant l'admission : il se produit donc plus de vapeur; mais en même temps que la masse de vapeur, dont la pression diminue rapidement, se trouble, la quantité présente diminue. D*un autre côté, il est visible que le milieu du cylindre, c'est-à-dire la partie la plus éloignée des deux extrémités où se fait l'afflux de la vapeur, est nécessairement à une température inférieure à celle de ces extrémités : lorsque le piston est arrivé au milieu, ou l'a franchi, il peut donc se condenser de la vapeur contre ces parois médianes, et la masse diminue par cette nouvelle cause. La masse totale de vapeur présente dépend évidemment de la grandeur relative de ces deux effets contraires; elle diminue ou s'accroît pendant le cours de la détente selon que Tévaporation qui se fait sur les parois est plus grande ou plus petite que la condensation due à l'acte même de la détente et au refroidissement sur les parois médianes; mais, quel que soit celui de ces effets qui prédomine, les changements de température qui y sont relatifs relèvent visiblement en partie de l'intervention des parois. Celle-ci se fait par un acte de contact direct, et nullement par une propagation de chaleur de proche en proche dans la masse totale de vapeur.

Lorsque la détente est terminée et que le tiroir d'échappement s'ouvre, la pression de la vapeur dans le cylindre s'abaisse instantanément. L'eau qui peut encore tapisser les parois du cylindre possède, ainsi que ces parois mêmes, une température de beaucoup supérieure à celle du condenseur : elle entre donc en ébullition et s'empare rapidement de la chaleur des parois. Cette cession de chaleur, dont nous avons désigné la valeur par B^, dérive donc enfin encore d'un

effet de contact direct et non d'un effet de propagation calorifique de proche en proche dans la vapeur.

Je viens de décrire et d'expliquer le mode d'action le plus simple des parois. Nous allons bientôt rencontrer des phénomènes bien plus complexes; mais, si j'ai réussi à m'énoncer clairement, le lecteur, bien loin de s'étonner désormais de la grandeur et delà rapidité de l'influence thermique des parois, s'élonnera, au contraire, qu'on ait aussi longtemps passé outre dans les diverses théories qu'on a édifiées pour traduire sous forme numérique l'ensemble des phénomènes que présente la machine à vapeur. Ce qui, toutefois, d'un autre côté, a dû étonner le lecteur, et ce qui le satisfera de plus en plus, c'est la manière admirable avec laquelle les principes et les équations fondamentales de la Thermodynamique nous permettent d'analyser ces phénomènes, lorsqu'en appliquant ces équations nous avons sans cesse en vue la réalité des choses, lorsqu'en un mot nous savons rester toujours physiciens au lieu de faire de l'Algèbre quand même.

Machine à vapeur à enveloppe on chemise à vapenr.

J'ai dit que nous venons d'examiner le cas le plus simple de l'influence des parois. Le lecteur va en juger. Je passe à l'étude de l'influence de l'enveloppe ou chemise de vapeur Watt. C'est elle qui a servi de point de départ, de cause première à toutes mes recherches expérimentales sur l'effet des parois. J'ai fait déjà partiellement l'historique de ce perfectionnement, du bien plutôt à l'instinct de Mécanique physique qu'à un raisonnement scientifique quelconque, chez l'homme de génie que nous pouvons à bon droit considérer comme le créateur réel de la machine à vapeur. Ainsi que je l'ai dit, l'utilité de l'enveloppe a été alternativement niée et

soutenue sans qu'il fût possible, pendant bien longtemps, d'assigner de raisons- positives pour ou contre telle ou telle manière de voir. Sans entrer dans aucune discussion a priori, basée sur les anciens errements, examinons les faits purs et simples.

La première machine que j'ai citée comme exemple consommait o''*,! 40971 de vapeur par heure pour chaque J^ilogrammètre par seconde de travail produit, soit 10''*, 5728 de vapeur par heure et par cheval de 76 kilogrammètres. Une autre machine, sous tous les rapports rigoureusement semblable en dimension, en vitesse, en détente, en pression, etc., et ne différant de la précédente que par l'enveloppe à vapeur qu'elle avait de plus, ne consommait que o"'*, 107489 de vapeur par heure et par kilogrammètre, soit S^^yo6\'j par cheval et par heure. En d'autres termes, à égalité de travail produit, la seconde consommait près de 24 pour loo de vapeur de moins que la première. Et, chose essentielle à faire ressortir, cette économie ne dérivait point d'une diminution dans la dépense de vapeur en un temps donné, mais d'un accroissement dans le travail fourni. Nous avons vu que la première dépensait 0*^^,1122 de vapeur par coup de piston avec une pression de 5i55o kilogrammes; la seconde dépensait o^^, 1 253, un tant soit peu plus, la pression étant 52 a4o kilogrammes, un tant soit peu plus forte aussi. Cette économie dérivait exclusivement d'un surcroît de travail donné par la détente, sous l'influence de l'enveloppe : dans un cas, en efifet, les diagrammes constataient 24i7''*",4 par coup de piston pour le travail de la détente; dans l'autre cas, ils nous donnaient 33 17 kilogrammètres.

Analysons de plus près les phénomènes, pour voir si effectivement ce travail en sus est en rapport avec la chaleur rendue par les parois pendant l'acte de la détente.

Reprenons Téquation fondamentale à laquelle nous sommes arrivés (page a6)

(M4-p)c,,.iogï.; = ";p-^*.

Dans l'expérience faite sur la machine à enveloppe, on avait o*'^, i ^53 pour la dépense par coup de piston, en vapeur et en eau en poussière. Sur cette quantité un poids de 0^^,0048 se déposait daiis l'enveloppe et était reçu dans un récipient spécial. Il ne pénétrait donc dans le cylindre que

M = 0*^5,1253 — o''%oo48 = 0*^^,1205.

La pression pendant l'admission était dans le cylindre Po = 52240, ce qui répond à une température de 1 52^,64- A cette pression et à cette température, la densité de In vapeur est 7o = 2***, 76908. Le volume offert à la vapeur par le cylindre était o""%o24. On a donc

niQ — 2,76908.0,024 = o''^,o66458

pour le poids de la vapeur qui se trouve dans le cylindre au moment où la délente commence. Le poids de la vapeur qui restait dans le cylindre après la condensation était à chaque fois 0*^^,002. La vapeur reçue par coup de piston était donc

/Wo - 0,066458 — 0,002 == 0,064458.

Nous voyons déjà que la condensation dans le cylindre pendant l'admission était bien moindre avec enveloppe que sans enveloppe. Nous avons en effet ici, pour le poids de vapeur condensée,

- 4i soit

— ^ — ^ = 0,46 ou 46 pour 100

au lieu de 60 pour 100.

A la fin de la course, la pression était de 8020 kilogrammes au lieu de 5o i o kilogrammes que nous avions sans l'enveloppe j en d'autres termes, elle était de

8020 — 5oio o o

^8^ — "= ^'^7 ou 37 pour 100

plus forte dans un cas que dans l'autre. A cette pression ré^ pond une température de qS®, 066 et une densité de

Le volume total offert à la vapeur était o™*^, 2184. Le poids de vapeur à la fin de la course était donc

Avec la machine sans enveloppe, ce poids ne s'élevait qu'à 0,06573; il était de près de 37 pour 100 plus faible. Nous avons ici pour les autres termes de notre équation

To - 425^49, r, - 498"^884, APa - W\^&&,

T, =^ 365^92, r, — 54i,4û4, APa -- 39,596, y, =■'. 93,012, p^ = 5or,8o8.

Ces deux valeurs de q nous donnent

c,„ = -=— 4f7 — ^V — = ' »oo5a i52, 64 -t- 93,07 ' ^

pour la valeur moyenne de c entre i52°,64 et 93*^,07. Il vient

donc

(M + rt'.oo59log(<*|2)

d'où

(M + fjL)o,T5i7i72 = o,i5io5o9 — 0,0757201, fjL — 0,4978 — o, 1 2o5 = 0,3773.

D'après nos définitions, m représente comme plus haut la valeur en eau de la masse des parois métalliques en action à chaque coup de piston, et, comme ci-dessus aussi, en dehors de toute définition, la chaleur totale cédée par les parois à la vapeur qui se détend a pour valeur

Il est clair que, comme dans le cas de la machine sans enveloppe, cette chaleur diminuée de la différence des sommes initiales et finales U^ et U, exprime ce qui a été employé pendant la détente ; nous avons ici

U« =: o,i2o5.i53,64 4- 0,064458.454,72 = 47'"S873, U, — o,i2o5. 93, 5i -4- 0,10209 . 5oi,8i = 62*^^,498.

On a donc

• AF = 22-S7 - (62,498 - 47,873) = 8-«\o7.

D'après la moyenne de plus de 5o diagrammes, M. Hallauer avait trouvé AF = ']^\^2. Nous avons donc ici encore une très-belle concordance entre les données de l'expérience et celles auxquelles conduisent les équations de la Thermodynamique.

Continuons notre analyse. Nous avons dit que la dépense

totale de vapeur et d'e^u par coup de piston s'élevait à o^«,i253. D'après une expérience calorimétrique faite sur la vapeur arrivant au cylindre, on a reconnu qu'elle entraînait environ 5 pour loo d*eau. La dépense en vapeur était donc 0,1253.0,95 =i o*"*,! 19035. D'après l'espace offert à la vapeur par le cylindre, la quantité restée en vapeur au moment où commence la détente s'élevait seulement à 0^*^,064458. Il se condensait donc, tant dans l'enveloppe que dans le cylindre,

En désignant, comme nous l'avons déjà fait, par R^ la quantité de chaleur que prend aux parois la vapeur qui se jette au condenseur, on a

[o,o54445ro - (Rc -H a)] = ii[qo - q^\

a désignant ici la chaleur perdue par l'extérieur de l'enveloppe diminuée de celle que développent les frottements du piston. D'après une détermination tout au moins approximative, on avait a = 0^^,95. D'un autre côté, nous avons trouvé

La valeur de r^ est 498*^*', 884. Il en résulte

Nousavions trouvé avec la machine sans enveloppe 1 9*^^,34. La quantité de chaleur donnée par la chaudière était, avec la machine sans enveloppe, 70*^"*,73. Ici elle était de

Avec la machine sans enveloppe,

soit 27 ponr 100 de chaleur, étaient envoyées au condenseur en pure perte. Avec la machine à enveloppe.

— rr = 0,049,

soit. 5 pour 100 seulement, étaient ainsi sacrifiées. Je n'ai pas besoin de rappeler qu'il ne s'agit ici que de la chaleur cédée par les parois et non de celle que la vapeur en toute hypothèse apporte naturellement au condenseur.

Le mode d'action, en quelque sorte spécifique, de l'enveloppe est manifeste pour nous dès ce moment. Que l'enveloppe fonctionne ou non, une partie toujours très-notable de la vapeur admise au cylindre se condense pendant l'admission et cède de la chaleur aux parois. Cette chaleur est employée ensuite : i® pendant l'acte de la détente; 1^ et pendant celui de la condensation. Mais, quand l'enveloppe fonctionne, la plus grande partie de cette chaleur est consacrée à augmenter le travail de la détente. Quand l'enveloppe est supprimée, la plus grande partie de cette chaleur, au contraire, est dépensée en pure perte pendant la condensation.

Le fait remarquable, c'est que ce renversement complet dans la proportion de chaleur utilisée et de chaleur perdue ne dépend que d'une très-petite quantité de chaleur cédée par l'enveloppe elle-même. Sur les o''«,i253 d'eau et de vapeur arrivant au cylindre par coup de piston, o''',oo48 seulement se condensaient /dstns l'enveloppe et fournissaient par suite

De ces a^^^^SgS il faut retrancher {a = 0,96) pour le refroidissement externe des parois : il reste donc i"*,545 pour ce que cède l'enveloppe à la vapeur du cylindre.

Un travail de détente de plus d'un quart supérieur, une perte évitée de plus de 24 pour 1 00 de chaleur, le tout grâce a 1^*^545 sur 70 calories que les parois cèdent de plus avec enveloppe que sans elle, voilà des résultats qui sembleront à j)remière vue en disproportion complète entre eux comme rapport de cause à effet. Et pourtant rien ne s'explique plus aisément.

Remarquons en effet que, bien que l'enveloppe produise son action en tenant les parois du cylindre à une température beaucoup plus élevée et en forçant l'eau qui les recouvre intérieurement à s'évaporer pendant la détente au lieu de le faire pendant la condensation, il ne résulte pourtant pas de là que ce soit nécessairement la vapeur de l'enveloppe qui fournisse toute la chaleur de cette évaporation. Cette vapeur ne fait ici que seconder celle qui, pendant l'admission, se condense contre la périphérie interne et l'échauffé ainsi à sa propre température à chaque coup de piston. Et, selon les dispositions particulières de la machine, selon la surface du cylindre, selon l'épaisseur du métal, la quantité de chaleur nécessaire pour compléter ainsi celle qui est donnée pendant ladmission peut varier dans de grandes limites, être plus grande ou plus petite que cette dernière : c'est ce qui va devenir évident tout à l'heure.

Je passe à l'examen des phénomènes qu'a présentés une machine à enveloppe d'un système tout différent. Dans la précédente, l'admission et la détente s'opéraient dans un même et unique cylindre. Cel|e dont je vais parler était du système Woolf : la vapeur admise dans un petit cylindre, d'un bout à l'autre de la course du piston, passait ensuite et

se détendait dans un second cylindre près de 4 i fois plus grand. On entrevoit à première vue que les phénomènes thermiques doivent ici différer considérablement de ceux que nous a présentés le cyhndre unique. Dans la machine Woolf, en effet, la vapeur qui se détend se trouve de fait séparée presque totalement à chaque coup de piston de celle qui afflue de la chaudière. La manière d'agir des parois doit donc être autre : c'est ce qui va se vérifier d'une façon toutefois plus firappante que le lecteur ne pourrait peut-être s'y attendre. J'ai eu, avec la machine dont je parle, le précieux avantage de pouvoir la faire fonctionner avec et sans l'enveloppe : les différences observées ne peuvent donc être attribuées absolument qu'à l'influence de celle-ci.

Lorsque l'enveloppe fonctionnait, le travail total externe donné par la machine était de i3o chevaux (9750 kilogrammètres). Comme la machine donnait ^6 coups de piston par minute, le travail total par coup de piston s'élevait à

Ije petit cylindre avait o*"*',i3594 de section. La course du piston était de i",26. Pendant l'admission au cylindre, la pression était, d'un bout à l'autre delà course, de 3"*™,75, soit 3875 kilogrammes. Cela nous donne

1,26.0,13594.3875 = 66Zfs''\3

de travail par coup de piston pour le travail pendant l'admission. Le travail de la détente était donc

Lorsque l'enveloppe ne fonctionnait pas (tout restant d'ailleurs dans les mêmes conditions), le travail rendu par la ma-

chine diminuait de 2397 kilogrammètres par coup de piston. Comme la pression dans le petit cylindre restait absolument la même qu'avec Tenveloppe, le travail rendu par ce cylindre ne variait pas par suite non plus. Toute cette diminution de 2397 kilogrammètres de travail portait donc sur la détente qui, au lieu de donner 6080, n'en donnait plus que

Voilà le résultat brut de Texpérience répétée et vérifiée maintes et maintes fois. Soumettons-le à l'analyse, comme nous l'avons fait pour les deux machines à im seul cylindre, l'un avecj l'autre sans enveloppe.

Lorsque la machine marchait avec enveloppe, elle consommait 0*^^,4135 par coup de piston de vapeur et d'eau en poussière. Il se déposait (ou se condensait) en même temps dans l'enveloppe un poids de 0^^^,04522, sur lequel o''',oo6587 était dû au refroidissement externe de l'enveloppe. Il reste

donc

pour ce qui appartient tant à l'action du refroidissement vers ^intérieur qu'à l'eau entraînée. La masse totale M d'eau et de vapeur envoyée par la chaudière s'élevait donc à

D'après une détermination approximative, la quantité d'eau entraînée s'élevait à 7,85 pour 100. Le poids o, 45 11 33 renfermait donc

0,451133.0,0785 = o''8^,o354i d'eau et

0,45 II 33. 0,921 5 = o''«,4i572 de vapeur.

En admettant, ce qui est d'ailleurs assez probable, que la

même proportion d'eau et de vapeur ait pénétré dans le cylindre même, on a

0,41 3^-0,921 5 = o^^,38oi2

pour le poids de vapeur admis au cylindre. Voyons d'abord combien de cette vapeur se condensait dans le cylindre, et combien il s'en condensait dans l'enveloppe.

A 3*^"*, 75 ou 38 750 kilogrammes de pression et à i4i'*>68, le poids du mètre cube de vapeur est

L'espace total offert par le petit cylindre était

Le poids existant dans le cylindre à la fin de chaque course était par suite

La quantité de vapeur condensée dans le cylindre même pendant l'admission était ainsi

o,38oi2 — 0,376032 = o^»,oo5o88.

Celle qui se condensait dans l'enveloppe s'élevait évidemment à

0,41672 — o,38oi2 = o*'»,o356,

et la totalité de vapeur condensée était

o,o356 H- o,oo5o88 = o,o4o688.

On voit déjà qu'il existe une grande différence à ce point de vue entre la machine à un cylindre et celle-ci : dans la

première, l'enveloppe n'avait qu'une faible part à la condensation totale; ici c'est le contraire qui a lieu.

Cherchons maintenant l'emploi fait de la chaleur cédée par cette vapeur.

Le travail de la détente s'élevait, ai-je dit, à 6081 kilogrammètres. Il coûtait par conséquent

La somme initiale Uo était ici

A la fin de la détente, la pression était de o*'™,8i (soit 8370) dans le grand cylindre, ce qui répond à 94°? 2 1 . A cette température, on a

q, = 94*'*',62, p, = 5oo,9, 7, = o»'«,495775.

L'espace offert par le cylindre était

On a donc

On voit que le poids de vapeur est plus grand à la fin de la détente qu'au commencement, c'est-à-dire qu'une partie de l'eau présente s'évapore par l'addition de chaleur cédée par les parois.

La somme finale U, a pour valeur

Elle est un .peu plus grande ainsi que la somme initiale D^. II. 4

J'ai dit que le travail de la détente s'élevait à 608 1 kilogrammes et que la chaleur qu'il représente est 1 4^*\ 3i . L'addition de chaleur totale que reçoit la vapeur pendant la détente est donc

et cette somme, augmentée de la chaleur que cèdent les parois à la vapeur pendant qu'elle se précipite du grand cylindre au condenseur, cette somme, augmentée en un mot de R^, est nécessairement égale à la quantité de chaleur que cède la vapeur qui se condense dans l'enveloppe et dans le petit cylindre pendant l'admission. On a donc, en désignant le poids condensé par m',

m'ro = Rc -H 16*^*^62.

Mais nous avons à i4i®,68

To = 5o6^«S78,

et nous avons trouvé

Il en résulte

En décomposant m', on a

pour la chaleur due à l'action de l'enveloppe, et

pour la chaleur cédée pendant l'admission aux parois du petit cylindre.

Voyons comment se comportait la machine lorsque l'enveloppe ne fonctionnait plus.

La dépense totale d'eau et de vapeur par coup de piston s'élevait à o^^,4355. La quantité de vapeur était par suite

0,4355.0,9210 = o,4oi3ï3,

et comme le cylindre ne pouvait admettre que mo = o,375o3a,

on a

(o,4oi3i3 — 0,375032) = 0^*^,02628

pour le poids de vapeur qui se condensait pendant l'admission.

La quantité de chaleur ainsi cédée par la vapeur aux parois

s elè^e à

Voyons quel est l'emploi ultérieur de cette quantité de chaleur.

J'ai dit que le travail de la détente s'abaisse de 6080 à 3673 kilogrammètres quand l'enveloppe ne fonctionne plus. Ce travail coûte

La somme initiale de chaleur, réelle et potentielle, de la vapeur est

Uo ^= 0,4355.142,93 4- 0,375032.463,28 =235*'*',99.

La pression finale de la vapeur est ici de o*"™,685 ou 7078 kilogrammes au lieu de o"^'°,8i (ou 8370) que nous avions avec l'enveloppe. A cette pression, on a

/. = 89,76, 5r. = 9o-Si4, r, = 543-^,74,

En multipliant 7, par l'espace offert à la vapeur, on a

On voit que, bien loin d'augmenter, comme quand l'enveloppe fonctionne, le poids de la vapeur présente diminue considérablement.

La valeur de U, devient avec les valeurs précédentes

La diminution de U est donc