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Cours de transfert thermique Faculté Polydisciplinaire de Ouarzazate, Filière T

Cours de transfert thermique Faculté Polydisciplinaire de Ouarzazate, Filière Techniques d’exploitation des énergies renouvelable (TEER) Semestre-4 2020-2021 1 FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 2j Transferts thermiques La thermique est une science qui complémente les deux premiers principes de la thermodynamique par des lois expérimentales pour établir les proportions de transfert d'énergie. La thermique, contient plusieurs concepts pratiques de base utilisés dans de nombreuses applications industriels (chauffage, production de vapeur, refroidissement, mise en température des réacteurs, isolation des bâtiment). Définition - Comprendre les processus d’échange thermique entre différents milieux. -Explique la manière et de prédire le taux d'échange de la chaleur sous certaines conditions spécifiques. Objectifs FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 3 Transferts thermiques L'expérience montre que lorsqu'on met en présence deux corps pris à des températures différentes, au bout d'un certain temps, leur température finit par devenir la même. Le corps chaud a donné de l'énergie thermique (ou énergie sous forme de chaleur) au corps froid. Transfert thermique: peut avoir comme conséquence : Une variation de température des corps: la température du corps froid augmente, celle du corps chaud diminue; Un changement d’état physique du corps: sans variation de sa température. Chapitre 1: Rappels 1. Transferts d’énergie thermique FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 Transfert thermique: un échange d’énergie sous forme de chaleur entre deux corps ayant des températures différentes. L’énergie échangée: au cours d’un transfert thermique se note Q (ou E), et s’exprime, dans le système international d’unité, en joule (symbole : J). 4 Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 1. Transferts d’énergie thermique FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 5 Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 1. Transferts d’énergie thermique FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 Le changement d’état physique d’un corps est une transformation physique au cours de laquelle le corps passe d’un état physique à un autre : Remarques : - À pression constante, le changement d’état d’un corps pur se fait à température constante ; - À la température de changement d’état, les deux états physiques peuvent coexister. 6 Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 2. Changements d’état FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 La capacité thermique (ou capacité calorifique): L'énergie qu'il faut apporter à un corps pour augmenter sa température de un kelvin. Elle se note C et s'exprime en joule par kelvin (J.K1). 7 Capacité thermique massique (ou chaleur spécifique): Quantité d'énergie à apporter (par échange thermique) pour élever de un kelvin la température d’un corps de un kilogramme. Elle se note c et s’exprime en joule par kilogramme-kelvin (J.kg–1.K–1) 1 1 1        capacité thermique (en J.K ) m masse du corps (en kg) m capacité thermique massique (en J.kg K ) . C C c c Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 3. Grandeurs thermiques FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 Au cours d’un transfert thermique, l’énergie Q mise en jeu pour faire varier la température de d’un corps de masse m est :             1 1 fi final initi nal initia a l l m masse (en kg) capacité thermique massique du corps (en J.kg .°C ) θ θ θ variation de température du corps au cours du transfert thermique (e Q m θ θ n °C) c c  Q énergie thermique échangée (en J) 8 La capacité thermique C s’exprime aussi en joule par degré Celsius (symbole : J.°C–1) : Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 3. Grandeurs thermiques Définitions : Énergie de changement d’état: C’est l’énergie qu’il faut apporter ou retirer par transfert thermique à un corps (ayant atteint sa température de changement d’état) pour qu’il effectue un changement d’état physique. Elle se note L et s’exprime, dans le système international d’unités, en joule par kilogramme (symbole : J.kg–1). Elle est caractéristique d’un corps. À pression constante, il s’exprime comme suivant:       1 m masse (en kg) L énergie massique de changement d'état (en J.kg ) Q énergie de changement d'état ( Q m L en J) 9 Dans le cas où se produit un changement d'état, on peut déterminer, par calorimétrie, l’énergie massique de changement d'état, notée L. Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 4. Énergie de changement d’état 10 Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 4. Énergie de changement d’état FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 L’énergie massique de changement d’état aussi appelée «chaleur latente de changement d’état»; Certains changements d’état nécessite un apport d’énergie: n parle de transformation endothermique; Certains changements d’état libèrent de l’énergie : on parle de transformation exothermique; L’énergie massique de changement d’état est caractéristique d’un corps et dépend du changement d’état: Lfusion = Lsolidification Lvaporisation = Lliquéfaction Lsublimation = Lcondensation - L’énergie molaire de changement d’état Lm , est l’énergie reçue ou cédée par une mole du corps pur lors d’un changement d’état J/mol. 11  m L L M Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 4. Énergie de changement d’état Par convention, l’énergie échangée est une grandeur algébrique: 12 L’énergie reçue par un système du milieu extérieur est positive; L’énergie cédée au milieu extérieur par un système est négative. Lors d’un changement d’état, l’énergie gagnée ou perdue par le corps correspond à une modification de l’intensité des interactions entre les particules (Van der Waals et/ou liaisons hydrogène) ; Plus les interactions entre les particules sont fortes, plus les températures de changement d’état sont élevées. A RETENIR : Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 5. Convention de signe FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 L'énergie thermique: c’est l'énergie cinétique (énergie que possède un corps du fait de son mouvement) d'agitation microscopique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. La température est donc une mesure indirecte du degré d'agitation microscopique des particules. Ainsi, à l’échelle microscopique, un transfert thermique a les effets suivants sur un corps pur (solide, liquide ou gazeux) : Corps pur Effet d’un transfert thermique Solide Augmentation du mouvement de vibration des particules Liquide Augmentation du mouvement désordonné des particules Gaz Augmentation de la vitesse des particules Lorsque les températures deux corps sont égales, le transfert thermique cesse: ils ont atteint la température d’équilibre thermique. 13 Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 6. Interprétation microscopique 14 Transferts thermiques Chapitre 1: Rappels 7. Milieu isotrope et milieu homogène Milieu isotrope: Les propriétés physiques du corps (solide ou fluide) en un point M sont les mêmes quelle que soit la direction de l’espace. Par opposition on parlera du milieu anisotrope. Dans un milieu isotrope les vecteurs densité de flux sont normaux aux isothermes. Milieu homogène: La composition du corps (solide ou fluide) est la mêmes en tout point de l’espace (parfaitement uniforme). Source interne de chaleur: (Réaction chimiques, effet de Joule,…) est définie en un point M et à un instant t par la puissance thermique qu’elle libère en ce point. Cette puissance peut être également fonction de température. FPO-Ouarzazate, TEER-S4, 2020-2021 uploads/Industriel/ chapitre-1-rappel.pdf