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جـامعة امحمد بو قرة بو مرداس UNIVERSITE M'HAMED BOUGARA Boumerdès كلية المحروقا

جـامعة امحمد بو قرة بو مرداس UNIVERSITE M'HAMED BOUGARA Boumerdès كلية المحروقات والكيمياء FACULTE DES HYDROCARBURES ET DE LA CHIMIE دائرة النقل وعتاد المحروقات DEPARTEMENT DE TRANSPORT ET EQUIPEMENTS DES HYDROCARBURES Brochure de travaux pratiques Transferts de chaleur Enseignant : A. Benbrik Boumerdès 2012 Travaux pratiques de transferts de chaleur Enseignant : A. BENBRIK Avant-propos Les travaux pratiques, constituent un type d'enseignement fondé sur l'apprentissage pratique avec en particulier la réalisation d'expériences permettant de vérifier et compléter les connaissances dispensées dans les cours théoriques. Ils permettent à l’étudiant(e) de se familiariser avec les protocoles expérimentaux et les méthodes de mesures en rapport avec les différents cas d’études. Comme ils l’inciteront aussi à dépouiller et analyser les données expérimentales, à discuter les résultats obtenus et à rédiger des comptes rendus techniques. Dans le cas de l’enseignement du module de transferts de chaleur, les travaux pratiques aident à mieux comprendre le principe de fonctionnement des équipements énergétiques et à évaluer leur efficacité thermique. Ce polycopié est une amélioration de la brochure sur les travaux pratiques de transferts de chaleur créée au temps de l’ex-INH au laboratoire de transferts thermiques du département de transport et équipements des hydrocarbures. L’acquisition de nouveaux équipements modernes pour la réalisation des différentes manipulations, telles que l’acquisition numériques des données expérimentales sur ordinateurs et l’introduction d’autres manipulations, a été à l’origine de l’édition de cette nouvelle version de la brochure. L’un des objectifs de ce polycopié est donc de donner à l’étudiant(e) la possibilité de préparer, à l’avance, le travail pratique qu’il a à réaliser prochainement pour bien assimiler le déroulement de la manipulation. Comme il a été jugé utile d’accompagner l’étudiant(e) dans la réalisation de la manipulation et la préparation de son compte rendu, cet ouvrage commence par un premier paragraphe intitulé modèle de préparation du compte rendu donnant des conseils sur la manière de préparation du compte rendu. Puis suivi par des notions générales sur le principe de fonctionnement des thermocouples et des notions sur le calcul des incertitudes et erreurs. Les travaux pratiques cités dans le présent polycopié concernent les 3 différents modes de transferts de chaleur. Et d’autres concernent les échangeurs de chaleur. Pour la conduction sont prévus 2 manipulations, pour la convection 3 manipulations, 1 manipulation pour le rayonnement et 4 manipulations sur les échangeurs de chaleur. Travaux pratiques de transferts de chaleur Enseignant : A. BENBRIK SOMMAIRE 1. Modèle de préparation de compte rendu …………………...……………………………… 1 2. Thermocouples …………………...……………………………..……………….………… 3 3. Notions d’incertitudes et calcul d’erreur ………………………………..…….…………… 9 4. Manipulations 4.1 Conduction …………………………………………………………………………. 15 1. Détermination du coefficient de conductivité thermique des métaux (Al, Cu) 15 2. Détermination du coefficient de conductivité du sable de mer …………………... 19 4.2 Convection 1. Etude de la convection forcée ……………………………………………………. 23 2. Etude de la convection naturelle autour d’un tube cylindrique ………………….. 28 3. Etude de la convection naturelle dans un espace limité en présence … …………. 32 de rayonnement thermique 4.3 Rayonnement 1. Détermination du coefficient d’émissivité d’un corps ……………………..……... 37 (vérification de la loi de Stefan-Boltzmann) 4.4 Echangeur de Chaleur 1. Echangeur à tubes concentriques 1.1 Détermination du coefficient global d’échange de chaleur ……………… 42 par la méthode DTLM (courant de même sens et à co-courant) 1.2 Etude de l’efficacité de l’échange de chaleur …………………………… 42 (en fonction des débits et des températures des fluides). 2. Echangeur à calandre 2.1 Détermination du coefficient global d’échange de chaleur ……………… 49 par la méthode DTLM (courant de même sens et à co-courant). 2.2 Etude de l’efficacité de l’échange de chaleur …………………………… 49 (en fonction des débits et des températures des fluides). 5. Annexes Table 1 : Propriétés physiques de l’air et de l’eau ……..…………………………… 58 Table 2 : Propriétés physiques de certains corps ……………………………………. 59 Corrélation pour le calcul des coefficients de transfert en convection naturelle ……. 60 Corrélation pour le calcul des coefficients de transfert en convection forcée ………. 61 Références ……………………………………………………...………………...………… 62 Travaux pratiques de transferts de chaleur Enseignant : A. BENBRIK 1 Modèle de Préparation de compte Rendu Après chaque travail pratique l’étudiant doit préparer son compte rendu relatif à la manipulation effectuée. Et le présenter, en examen oral, à l’enseignant qui l’a dirigé. Un compte rendu ressemble à une histoire. Il faut qu’il soit clair, précis et concis. S’il est bien fait, une personne quelconque (même non qualifié dans le domaine) qui le lit doit comprendre le contenu. Le compte rendu de TP se rédige en utilisant le modèle suivant. Il se compose des parties suivantes : _ But du TP. _ Schéma de l’installation _ Mode opératoire _ Données de mesures _ Méthode de calcul des paramètres recherchés, erreurs et incertitudes _ Graphes _ Interprétations des résultats _ Conclusion. Le compte rendu doit avoir une page de garde qui doit contenir, en plus de l’affiliation de l’étudiant, toutes les informations telles que : le titre du TP, le nom et prénom de l’étudiant, le groupe et le sous-groupe et le nom de l’enseignant chargé de l’encadrement. Il faut se conformer au modèle de la page de garde ci-jointe en annexe. Il faut éviter d’encombrer le compte rendu avec une introduction. But du TP : écrire en quelques mots (une ou deux phrases) de l’importance de la manipulation et à quoi on s’intéresse dans ce travail pratique. Schéma de l’installation : dessiner au crayon un schéma simplifié de l’installation expérimentale suivie de la nomenclature. Mode opératoire : expliquer en détail la manipulation auquel vous avez assisté. Votre explication devrait permettre, à quelqu’un qui n’a pas assisté à la manipulation, de comprendre comment celle-ci a été réalisée. Ne pas recopier le mode opératoire donné dans la brochure de TP. Données du problème et tableaux de mesure : Réécrire les données du problème et présenter les tableaux des valeurs des paramètres mesurés accompagnés de leurs incertitudes. C’est aussi la partie où il faut introduire toutes les données numériques de calcul. Méthodes de calcul : Les rappels théoriques n’ont pas à figurer dans cette partie. La théorie (lois et formules) est utilisée pour faire les calculs nécessaires à la résolution du problème posé. Travaux pratiques de transferts de chaleur Enseignant : A. BENBRIK 2 Il faut présenter la méthode de calcul des paramètres recherchés (formules littéraires et numériques). Le calcul d’erreur devrait permettre de présenter les incertitudes sur les résultats calculés. Graphes : Pour la comparaison des résultats il est fortement recommandé de représenter sur un même graphe les courbes obtenues. Interprétation des résultats : c’est la partie la plus importante du compte rendu. Une série de résultats bruts ne signifie pas grand-chose, il faut les interpréter. Commenter les ordres de grandeurs trouvées, discuter de l’importance des incertitudes et les pourcentages d’erreurs obtenus. Commenter les graphes en les comparants à ceux théoriques. Généralement, pour les TP de transfert de chaleur les résultats théoriques sont connus (littérature, Web, etc.). C’est pourquoi il faut comparer les résultats obtenus à ces derniers. Conclusion : d’après vos interprétations, donner une conclusion à votre manipulation. Ce qu’elle a permis de faire. Avez-vous atteint les objectifs de la manipulation ? Enfin, quelques suggestions en vrac : _ Plus la présentation est propre et soignée, plus le correcteur sera enclin de vous lire dans le détail. _ Les résultats exacts importent peu, pourvu que l’ordre de grandeur soit correct. Quelqu’un écrivant, par exemple, que le coefficient d’émissivité thermique recherché d’un corps vaut 1,1 montre clairement qu’il ne se donne pas la peine de réfléchir à ses résultats. _ Les relations de calcul doivent être homogènes, c'est-à-dire que les deux membres d’une égalité ou d’inégalité doivent avoir les mêmes unités. Travaux pratiques de transferts de chaleur Enseignant : A. BENBRIK 3 THERMOCOUPLES 1. Températures 1.1 Évaluer une température La température, au sens ordinaire du mot, se présente à nous comme une valeur susceptible d'augmentation ou de diminution, caractérisant l'état d'un corps au point de vue des échanges possibles de chaleur entre ce corps et les corps extérieurs. Nos sens nous donnent la notion de corps chauds et de corps froids. Quand un corps froid est mis en présence d'un corps chaud, le premier s'échauffe, le second se refroidit : il y a transmission de chaleur du second au premier. Cette transmission ne cesse - si les deux corps sont seuls en présence - que quand ils sont arrivés, au point de vue calorifique, au même état : on dit qu'ils sont alors à la même température. Un corps plus chaud est dit à température supérieure. On a ainsi défini l'égalité et l'inégalité de température. Mais pour apprécier cette égalité ou cette inégalité avec quelque précision, nos sens sont insuffisants, et l'on a recours à des instruments spéciaux : les thermomètres. 1.2 Les unités de température Il existe actuellement, dans le Système International, deux unités de température : Le kelvin, symbole K. Degré de l'échelle thermodynamique des températures absolues dans laquelle la température du point triple de l'eau est 273,16 K. Le degré Celsius, symbole °C. La température Celsius « t »correspondant à la température thermodynamique T est définie par l'équation t=T-T0 dans uploads/Management/ brochure-de-tp-transferts-de-chaleur.pdf