par M. KORTI A.N.

Université de Tlemcen

Faculté de technologie

Département de G. Mécanique

Cours 2Lois de base

https://etap2.univ-tlemcen.dz/fr/pages/80/tansfert-de-chaleur

Chapitre 1. Introduction des transferts thermiques (1 semaines)

Chapitre 2. Lois de base des transferts de chaleur (2 semaines)

Chapitre 3. Conduction de la chaleur (7 semaines)

Equation de l’énergie, les conditions aux limites

Quelques solutions de l’équation de la chaleur

Cas des systèmes conductifs avec sources de chaleur.

L’analogie électrique en stationnaire.

Le problème de l’ailette rectangulaire longitudinale

Chapitre 4. Transfert de chaleur par convection (5 semaines)

Convection forcée, naturelle et mixte.

Méthodes de résolution d’un problème de convection

Analyse dimensionnelle alliée aux expériences

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Grandeur extensive

Quantité d'énergie nécessaire à générer l'agitation moléculaire d'un système

Notée dans ce cours : Q

Unité : J = N m = kg m2 s-2

1 cal = 4,18 J

James Prescott JOULE

(1818-1889) (GB)

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Flux de chaleur ou débit de chaleur ( J s-1 = W)

Quantité de chaleur transférée par unité de temps d'un corps chaud

vers un corps froid.

Densité de flux de chaleur (J m-2 s-1 = W m-2)

Quantité de chaleur transférée par unité de surface et de temps d'un

corps chaud vers un corps froid

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La température exprime la notion…

La sensation chaud ou froid est toute

relative.

Dépend du matériau constituant

l’objet, de la sensibilité de chacun, de

notre température, etc.

Le sens du toucher n’est donc pas

objectif pour apprécier la

température de l’objet.

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En plein vent ou à l'abri du vent Exposé au soleil ou à l'ombre

Dans un milieu humide ou sec

Pourquoi ces différences ?

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Illustre le niveau d'agitation des atomes et des

molécules.

Plus l'agitation est grande, plus la température est

élevée.

Si l'agitation cesse, c’est le zéro "absolu".

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Imaginé pour la première fois par Galilée en 1593.

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Échelle Fahrenheit (°F)

Daniel Gabriel Fahrenheit

(1724). Échelle Celsius (°C) :

Anders Celsius (1948).

Échelle Kelvin (K) :

En 1848, Kelvin proposa l'échelle detempérature absolue.

Grandeur définie par la thermodynamique.

Construire une échelle commençant par latempérature la plus froide possible.

Cette température constitue le zéro absolu(0 K) qui correspond à (-273,15 °C).

Important: le kelvin n'est jamais précédé pardegré « ° », ce n‘est pas une mesure relative,

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Pour convertir les Celsius

en Fahrenheit

°F = 1,8 °C + 32 °F-32°C=

1,8

Pour convertir les Celsius

en Kelvin

°C= K – 273

K= °C + 273

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Grandeur intensive

La quantité de chaleur

nécessaire pour élever de 1 K la

température d'une masse de 1

kg (en J kg-1 K-1).

La masse chauffée constitue un

réservoir d’énergie.

Q = m Cp T

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Conduction thermique

Convection thermique

Rayonnement thermique

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1. Dans un solide (particules très rapprochées) le transfert d’énergiethermique se fait par collision directes entre les particules.

2. Le transfert d'énergie thermique et par conduction, sans transfertde matière.

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Les métaux sont de bonsconducteurs de chaleur.

Les mauvais conducteurs sont ditscalorifuges ou isolants (ex.polystyrène, laine de verre, air, neige,etc.)

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1 0T TS

x

Loi semi-empirique :

T1

T0

Δx

Baron Jean Baptiste

Joseph Fourier

(1768 – 1830) (FR)

Séries de fourier,

EDP conduction

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Matériau λ (W m-1

°C-1

) Matériau λ (W m-1

°C-1

)

Argent 419 Plâtre 0,48

Cuivre 386 Amiante 0,16

Aluminium 204 Coton 0,059

Acier doux 45 Liège 0,044-0,049

Acier inox 14,9 Laine de roche 0,038-0,041

Glace 1,88 Laine de verre 0,035-0,051

Béton 1,4 Polystyrène expansé 0,036-0,047

Bois (feuillu-résineux) 0,12-0,23 Polyuréthane (mousse) 0,030-0,045

Brique terre cuite 1,1 Polystyrène extrudé 0,027

Verre 0,78 Air 0,026

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Nature du matériaux

Solides Gaz

= f(T,P)

Conductivité thermique

grandeur physique (W/mK)

Liquides

coefficient caractéristique de chaque matériau

conductivité thermique du matériau à 0K

Matériau conducteur Matériau isolant

faible élevée

Température

0 1 aT

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La chaleur est véhiculée grâce au

déplacement d’un fluide porteur.

Différence de température

Différence de masse volumique.

Présence de la gravité

Circulation du fluide.

La convection se fait avec transfert

de matière.

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La convection peut être naturelle

(radiateurs, cumulus, … etc.).

Forcée à l’aide d’un moyen

extérieur (ventilateur, compresseur,

pompe, …etc.).

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Le coefficient h :

n'est pas une propriété physique.

il dépend de nombreux paramètres (géométrie, vitesse de l'écoulement,

nature du fluide, etc.).

sh S T T

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Isaac Newton (1642-1727)

Gravité, décomposition lumière, convection,…

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Convection naturelleDans un gaz

Dans un liquide

Convection forcéeAvec un gaz

Avec un liquide

Ebullition de l’eauDans un récipient

En écoulement dans un tube

Condensation de l’eau sous 1 atmSur une surface verticale

A l’extérieur de tubes horizontaux

2-10100-1000

10-200100-5000

2500-350005000-100000

1000-1100010000-25000

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1. Le rayonnement thermique est un transfert de chaleur sans

support matériel

2. C’est une propagation sous forme d’ondes électromagnétiques,

comme la lumière ou les ondes radioélectriques.

1. Le flux maximal provient d'une surface idéale « corps noir ».

2. Une surface réelle émet moins d'énergie en fonction de son

émissivité et de la constante = 5,6710-8 W/m2K4

3. Le taux de transfert entre deux corps A et B s’exprime:

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0 4

sM M T

4 4A BM T T

Conduction

1. Transport entre corps en contact direct

2. Indépendant de tout mouvement

Convection

1. Transport lié au mouvement des corps

2. Peut-être naturel ou forcé selon la cause du mouvement

3. Plus fort que la conduction

Rayonnement

1. Transport entre corps distants

2. Provoqué par le rayonnement électromagnétique

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