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cours Transfert Thermique

Démarré par redKas, Décembre 12, 2018, 05:05:08 PM

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redKas

cours Transfert Thermique

1. GENERALITES SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR ................................................................ 6
1.1. INTRODUCTION ........................................ 6
1.2. DEFINITIONS ............................................ 6
1.2.1. Notion de chaleur .................... 6
1.2.2. Champ de température ................ 6
1.2.3. Surfaces isothermes .................. 6
1.2.4. Gradient de température .............. 7
1.2.5. Flux et densité du flux de chaleur ... 7
1.2.6. Lignes et tube de courant ...... 7
1.3. FORMULATION D'UN PROBLEME DE TRANSFERT DE CHALEUR ................................................................................ 8
1.3.1. Bilan d'énergie ............................... 8
1.3.2. Expression des flux d'énergie ......... 8
2. TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONDUCTION EN REGIME PERMANENT ......................... 12
2.1. INTRODUCTION ............................................. 12
2.2. LOI DE FOURRIER .................................... 12
2.2.1. Enoncé ........................................... 12
2.2.2. Orthogonalité du gradient de température et l'isotherme ........................................................... 12
2.3. RESISTANCE THERMIQUE .......................... 12
2.3.1. Cas d'un mur ........................ 12
2.3.2. Résistance thermique de dispositifs à géométrie circulaire ......................................................... 13
2.3.3. Résistance thermique de dispositifs à géométrie sphérique ......................................................... 14
2.3.4. Association de résistances thermiques ........................................................................................ 14
2.3.5. Résistance d'un mur simple non homogène ................................................................................ 15
2.4. L'EQUATION DE LA CHALEUR ......................... 16
2.4.1. Différentes formes de l'équation de la chaleur ........................................................................... 16
2.4.2. Equation de la chaleur en coordonnées cylindriques .................................................................. 16
2.4.3. Equation de la chaleur en coordonnées sphériques .................................................................... 16
2.5. TRANSFERT CONDUCTIF UNIDIRECTIONNEL ........... 17
2.5.1. Mur simple ......................................... 17
2.5.2. Mur multicouches ............................ 17
2.5.3. Mur composite .................................. 18
2.5.4. Cylindre creux ....................................... 18
2.5.5. Cylindre creux multicouches .................. 19
2.6. TRANSFERT CONDUCTIF MULTIDIRECTIONNEL ............... 19
2.6.1. Méthode du coefficient de forme ............. 19
2.6.2. Méthodes numériques ................... 20
2.7. LES AILETTES ................................................... 20
2.7.1. L'équation de la barre .................... 20
2.7.2. Flux extrait par une ailette ............. 21
2.7.3. Efficacité d'une ailette ..................... 22
2.7.4. Choix des ailettes ............................ 22
3. TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONDUCTION EN REGIME VARIABLE ............................. 24
3.1. INTRODUCTION .......................................................... 24
3.2. CONDUCTION UNIDIRECTIONNELLE EN REGIME VARIABLE SANS CHANGEMENT D'ETAT ............................................... 24
3.2.1. Problème général ............................................ 24
3.2.2. Nombres sans dimension ................................. 24
3.2.3. Quelques cas d'école ....................................... 25
3.3. CONDUCTION UNIDIRECTIONNELLE EN REGIME VARIABLE AVEC CHANGEMENT D'ETAT .... 30
3.4. CONDUCTION MULTIDIRECTIONNELLE EN REGIME ........... 31
3.4.1. Théorème de Von Neuman .................. 31
4. TRANSFERT DE CHALEUR PAR RAYONNEMENT ..................................................................... 33
4.1. INTRODUCTION ....................................... 33
4.2. CLASSIFICATIONS .................................... 33
4.2.1. Selon la composition spectrale du rayonnement ........................................................................ 33
4.2.2. Selon la distribution spatiale du rayonnement .... 33
4.3. DEFINITIONS ......................................................... 34
4.3.1. Grandeurs relatives aux sources ........... 34
4.3.2. Grandeurs relatives aux récepteurs ........ 35
4.3.3. Corps transparent ................................ 36
4.3.4. Corps opaques ........................................ 36
4.3.5. Corps noir ................................ 36
4.3.6. Corps gris ............................. 36
4.4. LOIS DU RAYONNEMENT THERMIQUE ............... 36
4.4.1. Loi de Lambert
4.4.2. Autres lois physiques ...................... 36
5. TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION ...... 40
5.1. INTRODUCTION ..................................................................... 40
5.2. RAPPELS SUR L'ANALYSE DIMENSIONNELLE ................. 40
5.2.1. Grandeurs fondamentales ........................ 40
5.2.2. Nombres sans dimension .................... 41
5.3. CONVECTION SANS CHANGEMENT D'ETAT ................. 42
5.3.1. Convection forcée ................................... 42
5.3.2. Convection naturelle ................................. 44
5.4. CONVECTION AVEC CHANGEMENT D'ETAT ........................... 45
5.4.1. Condensation ..................................................... 45
5.4.2. Ebullition .......................................................................
6. EXEMPLE DE DIMENSIONNEMENT DES ECHANGEURS DE CHALEUR.......... 47
6.1. INTRODUCTION ............................................................... 47
6.2. CLASSIFICATION ............................................................... 47
6.3. DEFINITIONS ....................................................................... 49
6.3.1. Efficacité d'un échangeur .................................. 49
6.3.2. Rendement d''un échangeur .............................. 49
6.4. HYPOTHESES ..................................................................... 49
6.5. CONVENTIONS .......................................... 49
6.6. EXEMPLE DE CALCUL D'ECHANGEUR THERMIQUE ............ 49
6.6.1. Calcul de la puissance totale de l'échangeur .... 50
6.6.2. Calcul de la surface de l'échangeur .......... 50
6.6.3. Calcul de la différence de température logarithmique moyenne ..... 50
6.6.4. Calcul du coefficient K ..................... 51
ANNEXES ..................................................................... 52
ANNEXE A : OPERATEURS DIFFERENTIELS .............. 52
ANNEXE B : UNITES THERMIQUES .......................... 56
ANNEXE C : CONDUCTIVITES THERMIQUES ..................... 57
BIBLIOGRAPHIE ........................ 58

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