Transfert de Chaleur Cours
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Transcript of Transfert de Chaleur Cours
Transfert de chaleur
Cours
Présenté par
Mme Souad ABDERAFI
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Introduction aux transferts
thermiques
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PLAN DU COURS Chapitre 1 : Introduction aux transferts thermiques
• Définitions des transferts thermiques
• Exemples des transferts thermiques
• Lois des transferts thermiques
Chapitre 2 : Conduction
• Loi de Fourier et conductivité thermique
• Conduction dans les solides en régime permanant et transitoires
• Ailettes
Chapitre 3: Convection
• Analyse dimensionnelle
• Corrélations
Chapitre 4: Rayonnement
• Définitions
• Les lois régissant l’émission du rayonnement thermique
• Réflexion, absorption et transmission du rayonnement par un corps
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Introduction aux transferts
thermiques
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Transferts thermiques ?
Sciences de base de l'ingénieur
Connaître
les principes fondamentaux
Évaluer l’importance transfert
dans un problème particulier
Échange de calories du milieu chaud vers milieu froid
Étudier la propagation de la chaleur
Énergie en transit due à une différence de température
=
Rôle dans les domaines industriels
(solide, liquide, gaz ou même dans le vide)
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thermiques
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Les différents modes du transfert thermique
3 Modes de transferts de chaleur
Conduction Rayonnement Convection
Transport d’énergie
sans
déplacement de matière
Transport d’énergie
avec
déplacement de la matière
Matériaux solides Fluides en mouvement
ou Fluides en contact
avec surface rigide
Transport d’énergie
sans déplacement de matière
sans contact entre milieu
Transfert dans le vide
vibrations électromagnétiques
Fluides:
liquide et gaz
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Exemple 1
Chauffage d’une barre métallique à l'une de ses extrémités
Mode
de
transfert
?
Bougie
Barre d’acier
Transfert de chaleur par conduction
Өc Өf Ф
gradӨ
A B
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Exemple 2
Mouvement de l’eau chauffée dans une casserole
gra
dӨ
Ф
Ec
Ef
Mode
de
transfert
?
Transfert de chaleur par convection
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Exemple 3
Cuisson d’un poulet à l’aide d’une micro-onde
Transfert de chaleur par rayonnement
Mode
de
transfert
?
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Exemple 4
Chauffage de l 'eau dans une casserole
Mode
de
transfert
?
Présence des 3modes de transfert de chaleur
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Exemple 4
Porte en verre, séparant deux milieux
Air chaud Air froid
Mode
de
transfert
?
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Conception d’une cheminée
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Exemples des isolants
Matières plastiques
et la laine
Laines de verre
Principe du double vitrage
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Loi de la conduction (1822)
Jean-Baptiste Joseph Fourier
(1768-1830)
Loi de Fourier:
grad
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Quelques conductivités thermiques
Liquide (W/m.K)
Acetone 0,2
Alcohol 0,17
Mercure 8,7
eau 0,58
Gaz (W/ m.K)
Air 0,026
CO2 0,017
Azote 0,026
Oxygène 0,027
Solides Métalliques (W/ m.K)
Fer 73
Acier 46
Aluminium 210
Cuivre 386
Argent 406
Or 293
Cuivre jaune (Laiton) 85
Solides non Métalliques (W/ m.K)
Amiante 0,16
Brique rouge 0,63
Carton 0,2
Ciment 0,3
Croûte terrestre 1,7
Verre 0,81
Laine de verre 0,041
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Loi de la Convection (1701)
Newton (1643-1727)
Loi de Newton:
φ= h (TS -T)
• h coefficient de transfert de chaleur
[W/(m2.°C) ou W/(m2.K)]
• TS température de la surface [K ou °C ]
• T température loin de la surface [K ou °C]
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Loi du rayonnement (1884-1901)
La loi de Stefan - Bolztman
4
max ST
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Loi du rayonnement (1884-1901)
4
max ST
4
ST
)( 44
envS TT
• Si on a une surface idéale = corps noir
Où, σ = 5.669 x 10-8 W/(m2.K4)
• Si on a une surface réelle = corps gris
l’émissivité (ε) vient réduire le flux émis par la surface
• Dans le cas où cette surface est environnée d’une autre surface à Tenv, l’échange net de chaleur est alors:
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Bilan d’énergie
accgoutin EEEE
Pour un volume de contrôle donné, à chaque instant,
le bilan de conservation d'énergie s’écrit:
Ein : Ce qui entre
Eout: Ce qui sort
Eacc: terme d'accumulation: variation dans le temps (+) ou (-)
Eg: énergie générée: produite (+) ou consommée (-)
Au travers d’une surface (volume nul):
0 outin EE
• Réactions chimiques exo ou endothermiques,
• Réactions nucléaires,
• Dissipation visqueuse,
• Effet Joule dans une résistance électrique
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Analyse d'un problème de transfert de chaleur
Profil de température
Ө(x,y,z) Ө(t)
Flux de chaleur échangé
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Méthodologie
Comprendre l'énoncé et voir les données du problèmes
comprendre la question et ce qu'on cherche à déterminer ?
Faire un schéma et identifier les modes et les lieux du transfert de chaleur
Faire des hypothèses simplificatrices pertinentes et définir le volume de contrôle
Faire le bilan de chaleur, poser les conditions limites puis résoudre le problème
Discuter la solution obtenue
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