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Transfert de chaleur Cours Présenté par Mme Souad ABDERAFI www.almohandiss.com

Transfert de chaleur Cours Présenté par Mme Souad ABDERAFI www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 2 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 www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 3 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) www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 4 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 www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 5 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 www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 6 Exemple 2 Mouvement de l’eau chauffée dans une casserole gradӨ Ф Ec Ef Mode de transfert ? Transfert de chaleur par convection www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 7 Exemple 3 Cuisson d’un poulet à l’aide d’une micro-onde Transfert de chaleur par rayonnement Mode de transfert ? www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 8 Exemple 4 Chauffage de l 'eau dans une casserole Mode de transfert ? Présence des 3modes de transfert de chaleur www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 9 Exemple 4 Porte en verre, séparant deux milieux Air chaud Air froid Mode de transfert ? www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 10 Conception d’une cheminée www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 11 Exemples des isolants Matières plastiques et la laine Laines de verre Principe du double vitrage www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 12 Loi de la conduction (1822) Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) Loi de Fourier:    grad   www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 13 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 www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 14 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] www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 15 Loi du rayonnement (1884-1901) La loi de Stefan - Bolztman 4 max S T    www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 16 Loi du rayonnement (1884-1901) 4 max S T    4 S T   ) ( 4 4 env S T T    • 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: www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 17 Bilan d’énergie acc g out in E E E E     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   out in E E • Réactions chimiques exo ou endothermiques, • Réactions nucléaires, • Dissipation visqueuse, • Effet Joule dans une résistance électrique www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 18 Analyse d'un problème de transfert de chaleur Profil de température Ө(x,y,z) Ө(t) Flux de chaleur échangé www.almohandiss.com Introduction aux transferts thermiques 19 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 www.almohandiss.com uploads/Geographie/ transfert-de-chaleur-cours.pdf