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Transfert de chaleur Cours
Présenté par
Mme Souad ABDERAFI
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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 Introduction aux transferts
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Transferts thermiques ? Sciences de base de l'ingénieur
=
Énergie en transit due à une différence de température Échange de calories du milieu chaud vers milieu froid Connaître
Évaluer l’importance transfert les principes fondamentaux dans un problème particulier Étudier la propagation de la chaleur (solide, liquide, gaz ou même dans le vide)
Rôle dans les domaines industriels Introduction aux transferts
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Les différents modes du transfert thermique 3 Modes de transferts de chaleur
Conduction
Convection
Transport d’énergie
Transport d’énergie
sans
avec
Transport d’énergie sans déplacement de matière
déplacement de matière
déplacement de la matière
sans contact entre milieu
Fluides en mouvement ou Fluides en contact avec surface rigide
Transfert dans le vide
Matériaux solides Fluides: liquide et gaz
Introduction aux transferts
Rayonnement
vibrations électromagnétiques
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Exemple 1 Chauffage d’une barre métallique à l'une de ses extrémités A
Өc
Ф
B
Өf
Barre d’acier
Mode de transfert ?
gradӨ
Bougie
Transfert de chaleur par conduction
Introduction aux transferts
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Exemple 2
Mouvement de l’eau chauffée dans une casserole Mode de transfert ? Ө
d a r g
Ef
Ф
Ec
Transfert de chaleur chale ur par convection
Introduction aux transferts
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Exemple 3
Cuisson d’un poulet à l’aide d’une micro -onde Mode de transfert ?
Transfert de chaleur cha leur par rayonnement
Introduction aux transferts
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Exemple 4 Chauffage de l 'eau dans une casserole Mode de transfert ?
Présence des 3modes de transfert de chaleur
Introduction aux transferts
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Exemple 4
Porte en verre, séparant deux milieux Air chaud
Air froid
Introduction aux transferts
Mode de transfert ?
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Conception d’une cheminée
Introduction aux transferts
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Exemples des isolants
Principe du double vitrage
Matières plastiques et la laine
Laines de verre Introduction aux transferts
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Loi de la conduction (1822)
Loi de Fourier:
grad
Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768-1830)
Introduction aux transferts
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Quelques conductivités thermiques Liquide
(W/m.K)
Gaz
(W/ m.K)
Air
0,026
0,17
CO2
0,017
Mercure
8,7
Azote
0,026
eau
0,58
Oxygène
0,027
Acetone
0,2
Alcohol
Solides Métalliques
(W/ m.K)
Solides non Métalliques
(W/ m.K)
Fer
73
Amiante
0,16
Acier
46
Brique rouge
0,63
Aluminium
210
Carton
0,2
Cuivre
386
Ciment
0,3
Argent
406
Croûte terrestre
1,7
Or
293
Verre
0,81
Cuivre jaune (Laiton)
85
Laine de verre
0,041
Introduction aux transferts
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Loi de la Convection (1701) Loi de Newton: φ = h (T S -T )
• h coefficient de transfert de chaleur [W/(m2.°C) ou W/(m2.K)] • TS température de la surface [K ou °C ] Newton (1643-1727)
• T température loin de la surface [K ou °C]
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Loi du rayonnement (1884-1901) (1884-1901)
La loi de Stefan - Bolztman
max
4 T S
Introduction aux transferts
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Loi du rayonnement (1884-1901) (1884-1901) • Si on a une surface idéale = corps noir
max
T S 4
Où, σ = 5.669 x 10-8 W/(m2.K 4)
• Si on a une surface réelle = corps gris l’émissivité (ε) vient réduire le flux émis par la surface
4
T S
• Dans le cas où cette surface est environnée d’une autre surface à Tenv, l’échange net de chaleur est alors: 4
(T S
4
T env )
Introduction aux transferts
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Bilan d’énergie Pour un volume de contrôle donné, à chaque instant, le bilan de conservation d'énergie d' énergie s’écrit:
E in E out E g E acc
Ein : Ce qui entre Eout: Ce qui sort
Eg: énergie générée: produite (+) ou consommée ( -)
• Réactions chimiques exo ou endothermiques, • Réactions nucléaires, • Dissipation visqueuse, • Effet Joule dans une résistance électrique
Eacc: terme d'accumulation: variation dans le temps (+) ou (-)
Au travers d’une surface (volume nul):
E in
E out
Introduction aux transferts
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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 Introduction aux transferts
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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
Introduction aux transferts
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