PHÉNOMÈNE PHYSIQUE

d'où dérive la plus grande partie de l'influence de la chemise de vapeur.

Rappelons d'abord quelques-uns des résultats de l'expérience de M. Hirn sur la machine de Woolf ;

Le volume de l'espace nuisible, dans le pelil cylindre, était de 0«'01136;

Le volume engendré par le petit piston, pendant toute la course, deO"M7098;

Volume total avant la détente : 0»^18234.

Au moment où le tiroir s^ouvrait, pour mettre le petit cylindre en communication avec le grand, le volume de vapeur passait brusquement de O'^^lSSSi à 0°'^21634, puis continuait à se détendre eu poussant le grand pistou, jusqu'à 0°''7885.

La tension initiale de la vapeur, dans le petit cylindre, était de jafmj»j que la machine fonctionnât, ou non, avec chemise de vapeur.

La tension de cette vapeur, au moment de Fouverture du tiroir de communication entre les deux cylindres , descendait brusquement de 3'""-75 à 1**"62 quand la chemise ne fonctionnait pas, et deS'*"*?» à S*'"" 2 quand cette chemise était utilisée. Ces chutes de pression se produisaient, dans les deux cas, pour un changement de volume de

Ensuite, pour un même accroissement de volume jusqu'à O'^'TSSS, la tension baissait jusqu'à O*^"* 685 dans la marche sans enveloppe, et seulement jusqu'à 0*^"'*81 dans la marche avec enveloppe.

D'après l'indicateur, cette différence d'environ 0*''''60 entre les tensions au commencement de la détente^ dans les deux modes de fonctionnement, allait en diminuant pendant toute la course.

Le poids de vapeur dépensée par coup de piston, dans la marche

Qkii4,25 . 1 kiu =o™'18234 : x; d'où X = 0™H4.

Nous ferons remarquer, en passant, que ce volume, provenant d'une ex|>érience direcle, est moindre que celui qui est indiqué dans les tables calculées, lequel est de 0"'S0 environ ; ce qui tendrait à prouver que les densités réelles des vapeurs saturées sont plus grandes que les densités calculées, comme nous l'avons déjà fait pressentir précédemment; mais comme, h la rigueur, il pouvait y avoir autour du petit piston quelques petites fuites dont Teifet était de diminuer la quantité de vapeur comprise entre ce piston et le fond du cylindre, nous admettrons le chiffre des tables, 0"'50.

2o o^n'SO de vapeur augmentant de volume dans le rapport de

0«'18234 à 0"'21634, deviennent 0,50 |1^ =0°»'593.

Lorsque 1 kil. de vapeur occupe un volume de 0'"'593,sa tension, d'après les tables, est de 3**'"09.

11 résulte de là que la tension de la vapeur, au moment de l'ouverture du tiroir de communication entre les deux cylindres, n'aurait dû descendre que jusqu'à 3'*'"09, tandis qu'elle est descendue jusqu'à l«t»62 dans un cas et, dans l'autre, jusqu'à 2*^'"2.

3« A la fin de la course, le volume de vapeur a passé de 0"'18234 à 0"'7885 ; et comme 1 kil. de vapeur à 3'^"75, occupant un volume

de 0"'50, prend un volume de 0,50 = 2"»'16ensedilatantdans

loJ54

cette proportion , la tension à la fin de la délente aurait dû être la

même que celle de ce kilogramme de vapeur.

Or, les tables indiquent que 1 kil. de vapeur qui occupe un volume de 2"'16, doit avoir une tension de 0'^°775; donc, à la fin de la détente, la tension dans le grand cylindre aurait dû être de 0*^'°'775, tandis qu'elle a été de 0""81 dans un cas, et de 0'*"685 dans l'autre.

4'' Dans l'hypothèse où la température de la vapeur, pendant toute

la course, serait restée invariable, la tension eût baissé suivant la loi

de Mariette, et on eut obtenu pour tension sur le grand piston à la fin

0 18234 de la course, 3""75 ' = 0"*"'86, comme nous l'avons déjà dit,

el la pression sur le grand piston aurait dii être, au commencement de la course :

ytmy^ 0,18254

On peut mettre tous ces résultats sous forme de tableau :

PRESSION

dans

l' HYPOTHÈSE

d'une détente suirant la loi

DE VARIOTTE.

PRESSION dans

l' HYPOTHÈSE

d'une délente

suivant la loi qui

lie les tensions

aux températures

dans les vapeurs saturées.

PRESSION

effective obtenue lorsque

LA MACnt!«B

fonctionne avec

cheaise it vipeor.

PRESSION

effective

obtenue lorsque

LA MACHIRB

fonctionne sans chenise it rapeir.

Sur le petit piston au commencement de la course

Sur le grand piston au commencement de la course

Sur le ffrand piston à la fin de la course . . .

atmosphères.

atmosphères.

atmosphères.

atmosphères.

Ainsi la tension , au moment où la vapeur passe dans le grand cylindre, éprouve brusquement, dans les deux cas, un énorme abaissement pour un très-faible accroissement brusque de volume , et cet abaissement dépasse de beaucoup celui qui aurait dû se produire.

DES ENVELOPPES. Ui

grand cylindre, duc à cette raison, elle n'aurait pu s'élever à un chiffre aussi considérable, comme ou le verra quand nous nous occuperons de récoulement des vapeurs. D'un autre côté, ces étranglements sont les mêmes que Penveloppe fonctionne ou non, et ils auraient dû produire les mêmes effets dans les deux cas, tandis que la perte, dans la marche avec enveloppe, a été plus petite de 0'""60. Enfln, on ne peut, non plus, l'attribuer à des fuites de vapeur autour du grand piston, parce que, dans la marche avec enveloppe, la vapeur était plus sèche que dans Pautre cas, ce qui eût infailliblement augmenté les fuites si elles eussent existé, et amené une plus grande chute de pression, tandis que c'est l'inverse qui s'est produit.

On ne peut donc attribuer le phénomène qui s'est manifesté en cet instant, qu'à une grande contraction de la vapeur, accompagnée d'une condensation plus ou moins considérable. En effet, si la tension de la vapeur a baissé plus rapidement que ne le comporte la loi qui lie les tensions aux températures dans les vapeurs saturées, c'est que le refroidissement de cette vapeur a été plus grand que celui qui l'aurait maintenue à l'état gazeux et de saturation pendant la diminution de tension, de sorte qu'une partie de celle vapeur a dû se condenser et le reste continuer à subsister à l'état de saturation.

Voici la Irès-curieuse expérience à l'aide de laquelle M. Hirn a constaté ce singulier phénomène.

Il a employé un tube de cuivre AB (fig. 15, pi. 3), d'environ 1 mètre de longueur et O'^SO de diamètre, fermé à ses deux extrémités par des plaques résistantes percées de deux trous dans l'axe du cylindre. Ces ouvertures étaient garnies de disques en verre très-épais et solidement fixés aux plaques. Le tube de cuivre était mis en communication, d'un côté, avec la chaudière, par le tuyau aa portant un robinet r et, de l'autre, avec l'atmosphère par le tuyau 66, également muni d'un robinet R. Ce tube AB n'était pas placé horizontalement, il était plus bas en'A qu'en B pour que Peau qui s'y formerait par condensation s'écoulât plus aisément dans Palmosphére par le tuyau 66.

Si, l'appareil étant ainsi disposé, on ouvre le robiiiet r qui amène de la vapeur à 5"'" et que Ton ouvre aussi, mais très-peu, le robinet R, l'air sera d'abord chassé avec un peu de vapeur, l'eau s'écoulera à mesure qu'elle se condensera par suite du refroidissement des parois du tube,

puis ou pourra régler rouverlure du robinet R de façon qu'il ne s'échappe que peu ou point de vapeur par ce tuyau.

La vapeur saturée étant un gaz parfaitement incolore et diaphane, on voyait, par les deux glaces et au travers du tube, tous les objets extérieurs comnoe si le tube eut été complètement vide.

Mais si on ferme le robinet r et qu'immédiatement après on ouvre rapidement, et tout à fait, le robinet R, une partie de la vapeur se détendra dans le tube à mesure qu'une autre partie s'échappera par le tuyau 66, et la tension intérieure sera ramenée à un l*"" dans un temps très-court.

Pendant cette opération, les phénomènes suivants peuvent s'accomplir dans le tube :

l*" Si, pendant sa détente, la portion de vapeur qui reste dans le tube, conserve, après avoir passé de la tension de K***" à la tension de 1'*", toute la chaleur constitutive correspondante à 5'*", elle sera en possession de plus de chaleur qu'il ne lui en faut pour la constituer à l'état de vapeur saturée à l*'"*, et elle se réchauffera en passant ainsi à l'état de gaz permanent pour des accroissements de pression pouvant s'élever jusqu'à S'"". Cette vapeur restera alors diaphane.

2*" Si, pendant cette détente, la vapeur qui reste dans le tube, ne perd que la différence entre sa chaleur constitutive à 5*^"* et sa chaleur à 1'^"*, en demeurant toujours à Tétat de vapeur saturée, elle restera encore parfaitement diaphane.

3*" En6n, si la vapeur perd plus de chaleur que la différence entre les chaleurs constitutives que nous venons de rappeler, elle se con-

au*dessous du point de saturation et elle se condense en partie, en diminuant de tension bien plus rapidement que ne semblent l'indiquer les tables ordinaires; puis, ce premier effet produit, la chaleur des parois des cylindres vaporise de nouveau tout ou partie de Teau ainsi formée, et la tension se relève pendant la dernière partie de la détente, au point de devenir, à la fin de la course, presque égale à celle qui résulterait d'une détente suivant la loi de Mariolle dans la marche avec chemise de vapeur, et très-voisine de celle qui correspond aux chiffres tabulaires sur les vapeurs saturées, quand on marche sans cette enveloppe.

L*influence de Tenveloppe nous semble clairement démontrée par cette expérience, au moins, dans les machines à deux cylindres ou la vapeur, au commencement de chaque course, se détend sans produire de travail dans un espace qui s'offre brusquement à elle, et ne commence à se détendre à la façon ordinaire qu'après cet accroissement presque instantané de volume. Elle consiste à empêcher la vapeur de se condenser partiellement au commencement de la détente et elle aide à vaporiser Teau de condensation et à maintenir la vapeur à une plus haute température, pendant le reste de cette détente. Dans les expériences de M. Hirn, ces deux effets se sont reproduits assez énergiquement pour amener un accroissement de travail utile de 24,5 chevaux, seulement pendant la détente.

SMl pouvait rester le moindre doute sur la valeur des explications qui précèdent, les deux faits suivants suffiraient pour le détruire :

l"" Lorsque Tenveloppe a fonctionné pendant quelque (emps et que Ton cesse brusquement de s'en servir en faisant arriver directement la vapeur dans le petit cylindre, la machine continue à marcher pendant quelque temps comme si rien n'était changé, et les premières courbes de pressions, relevées avec l'indicateur, sont les mêmes que précédemment; ce n'est qu'au bout de 10 à 20 minutes qu'elles sont progressivement ramenées au point où la diminution de travail devient régulièrement de 23,5 p. c, lorsque toute la provision de chaleur, mise en magasin par la masse de fonte et empruntée à la vapeur de l'enveloppe, est épuisée.

2"* L'enveloppe augmente bien positivement la température de la vapeur pendant la détente; car, tandis qu'elle fonctionne, la vapeur

i\m arrive dans le condenseur, où la tension u est plus que de 0*^75, fioftftède encore une température de Ci""; et quand elle cesse de foociionner, celte vapeur, qui arrive dans le condenseur où s'est établie une tension de 0**°'095, ne possède qu'une température de 58^ Nous verrons plus lard pourquoi ces températures sont supérieures à celles qui, d'après les tables, correspondent aux tensions dans les vapeurs raturées , et nous essayerons d'analyser la cause du bénéfice considérable que Ton obtient en employant ainsi de la vapeur à réchauffer IcM parois des cylindres, au lieu d'employer celte vapeur à produire directement du travail dans ces cylindres.

Dons les macliincs h un seul cylindre, où les travaux à pression pleine et ù détente se produisent dans la même capacité et où Ton ne trouve plus ce brusque accroissement de volume de la vapeur, sans production de travail utile, au commencement de la détente, on ne remarqut^ pas ce rapide décroissement de tension pendant cette période de Topi^ration. Los courbes de tensions que Ton a relevées dans ce cnH indiquent bien, pendant la première partie de la détente, une diminution do tension relativement à Taccroissement de volume, bien phiM iMipido qtio vers In fin de la course, où le phénomène de réchauffen\onl do la vapeur et do vaporisation de Teau condensée par la chaleur doïi parois du cylindre se produit également; mais il est fort diflScile do dire, d après les expériences faites jusqu'aujourd'hui, si le phénon)ène do condensation que nous avons signalé dans la machine à deux cylindres, se manifeste également, comme conséquence de raccroissèment de volume de la vapeur, dans la machine à un cylindre.

DES ENVELOPPES. Mb

qui aideront à résoudre la question de condensation ou non condensation, pendant la détente progressive dans un seul cylindre.