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TRANSFERT DE CHALEUR Tome 1 - Les principes Tome 2 - Applications industrielles

TRANSFERT DE CHALEUR Tome 1 - Les principes Tome 2 - Applications industrielles Jean CRABOL Notes de lecture par David DESAILLY, DYNALIS On sait communément que les températures de deux systèmes mis au voisinage l'un de l'autre ont tendance à s'égaliser. Ce principe, usuellement appelé le principe de Clausius, se démontre à partir du second principe de la thermodynamique. L'ouvrage en plusieurs volumes de Jean Crabol, Transfert de chaleur, parus en 1989-90 dans la collection Technologies chez MASSON, étudie la manière dont s'effectue ce transfert de chaleur, sans se préoccuper de la façon dont cette chaleur est produite ou consommée (réaction chimique, travail, …), ceci faisant plus l'objet d'un cours de thermodynamique. Chaque ouvrage est divisé en plusieurs parties faisant référence aux trois modes de transfert que sont la conduction, la convection et le rayonnement. Les deux premiers modes traduisent des actions de contact entre deux corps fluides ou solides. L'énergie se transmet alors par chocs entre molécules (fluides), ou par diffusion des atomes (solides). Le transfert de chaleur par rayonnement s'identifie par des actions à distance correspondant à un transfert d'énergie par émission ou absorption d'un rayonnement électromagnétique. Le premier volume expose les principes fondamentaux régissant ces trois modes de transfert à partir d'exemples analytiques simples, ce qui permet au lecteur d'assimiler plus aisément les démonstrations mathématiques. Dans la pratique, l'ingénieur aura souvent à considérer les trois modes de transfert simultanément. Par conséquent, le deuxième 1 volume est plus axé sur les applications industrielles et décrit des techniques de dimensionnement plus élaborées. Après une introduction de la phénoménologie propre à la conduction, le cours est consacré à la présentation et à l'analyse d'exercices concernant successivement : • les régimes stationnaires (champs de température indépendants du temps), • les régimes transitoires (champs de température évoluant dans le temps). La célèbre équation de Fourier (ou équation de la chaleur) est résolue dans le cas de géométries et de problèmes aux conditions aux limites particulièrement simples (plans, cylindres et sphères soumis à des températures et à des flux uniformes). Des méthodes numériques, analytiques ou graphiques permettant de résoudre des problèmes plus complexes en régime instationnaire, sont ensuite évoquées. On distingue, dans le deuxième mode de transfert de chaleur par actions de contact, la convection naturelle de la convection forcée. Cette dernière intervient lorsque les mouvements du fluide s'effectuent par l'action de forces extérieures (ventilateurs, pompes, …) contrairement à la convection naturelle où les mouvements du fluide sont occasionnés par des variations de température entraînant des variations de masse volumique. 1 Il existe un troisième volume, Corrigés de problèmes, paru en 1992, que nous n'avons pas analysé. La plupart des problèmes sont traités à l'aide de formules semi-empiriques faisant apparaître des nombres sans dimension caractérisant l'écoulement et la nature du fluide (nombres de Reynolds, de Prandtl et de Nusselt). Les échangeurs de chaleur et les ailettes de refroidissement font l'objet d'une analyse particulière et approfondie en terme d'efficacité. Une troisième partie est consacrée au transfert de chaleur par rayonnement thermique. L'auteur expose des principes essentiels, tels la notion d'angle solide et les lois de rayonnement du corps noir développées à partir des lois de Planck et de Lambert. Par l'introduction de paramètres propres à l'état de surface et à la nature du matériau (coefficients d'absorption, d'émission et de réflexion) et de grandeurs propres à la géométrie (facteurs de forme), la théorie du corps noir permet de traiter le rayonnement de corps réels. L'auteur aborde dans une dernière partie les études concernant le rayonnement des gaz chauds. Outre leur contenu théorique, les ouvrages présentés ont la particularité d'exposer les techniques expérimentales de mesure liées à chaque mode de transfert : mesure de conductivités thermi- ques, de propriétés thermiques de matériaux, de flux de chaleur (flux-mètre) et de température de surfaces par rayonnement (pyromètres). Le contenu de ces ouvrages est beaucoup plus vaste que ce compte rendu. Ils s'adressent aux étudiants en quête d'un manuel de base illustré par de nombreux exercices détaillés ainsi qu'aux ingénieurs débutants désireux d'appliquer concrètement leurs connaissances. Contrairement à ce qui est stipulé en début d'ouvrage, les niveaux mathématiques et physiques requis pour aborder certains concepts théoriques dépassent le cadre de l'enseignement dispensé en classe de Terminale S. En effet, les notions d'angle solide et d'analyse dimensionnelle sont en général appréhendées en classes préparatoires et au cours du premier cycle universitaire. Paru dans le bulletin XXIV-3 de Φ Φ Φ Φ2AS (distribué le 16 novembre 2000) IPSI uploads/Finance/ crabol-xxiv-3.pdf