Dans de très nombreux secteurs de l’industrie, l’ingénieur et le technicien se trouvent confrontés à des problèmes de transfert thermique.
Le transfert de chaleur est l’un des modes les plus communs d’échange d’énergie. Il intervient naturellement entre deux systèmes dès qu’il existe une différence de température et cela quel que soit le milieu, même vide, qui les sépare. De ce fait, les transferts thermiques ont, aussi bien dans le domaine des sciences pures que dans celui des applications technologiques, un rôle souvent essentiel. Ce rôle devient même déterminant lorsqu’il est à l’origine des techniques utilisées (échangeurs, moteurs thermiques, calorifugeage, utilisation de l’énergie solaire, …)
Par cet enseignement les étudiants seront alors capables d’analyser les situations physiques de transfert de
chaleur, de résoudre les problèmes dans les différents modes simples et couplés, de
déterminer des champs thermiques stationnaires et évolutifs, et de connaître les techniques et
appareillages de mise en œuvre et de mesure.
Il existe trois types différents de transfert de chaleur:
- La conduction est un phénomène de propagation de la chaleur par un milieu matériel, en général solide
- La convection est un mode de transfert de chaleur qui se produit au sein des milieux fluides (liquides ou gaz).
Elle apparaît lorsqu’un fluide présente des inhomogénéités spatiales de température. La convection intervient en particulier dans les échanges thermiques entre une paroi et un fluide en mouvement
- Le rayonnement est l’ensemble des échanges d’énergie à distance entre les corps, par ondes électromagnétiques.
Contrairement à la conduction ou la convection, le rayonnement ne nécessite pas la présence d’un support matériel. Ainsi, le rayonnement solaire nous parvient après avoir parcouru une distance considérable dans le vide spatial
Semestre 2 UE 2.2 – cours 16h, TD 16h, TP 24h:
– Conduction:
- La conduction dans un solide homogène et isotrope
- Conductivité thermique
- Contact d’un solide avec des sources extérieures solides ou fluides
- Cas des phénomènes permanents
- Problème de mur : répartition de température, densité de flux de chaleur, résistance thermique d’un mur
- Murs accolés, coefficient de transfert d’un mur. Cas du mur avec production interne de chaleur
- Isolation thermique des surfaces planes
- Problèmes cylindriques (cylindres pleins et tubes)
– Convection:
- Loi de Newton
- Coefficient d’échange convectif
- Résistances thermiques de convection
– Rayonnement thermique:
- Lois physiques du rayonnement thermique : émission, transmission, réception
- Définitions des grandeurs radiatives relatives à l’émission (flux, intensité, luminance,
émittance, éclairement)
- L’émission du corps noir
- Emission des corps réels comparée à celle du corps noir : émissivité, indicatrices d’émission
- Autres propriétés radiatives des corps : réflexion, absorption, transmission. Définition des facteurs de réflectivité, d’absorptivité, de transmitivité monochromatiques et totaux
Semestre 3 UE 3.2 – cours 30h, TD 30h, TP 32h:
– Conduction:
- Cas des phénomènes instationnaires:
- problème du mur semi-infini
- contact brusque entre deux murs isothermes
- Refroidissement et réchauffement de systèmes finis simples, murs, cylindres, sphères, parallélépipèdes rectangles et cylindres courts
- Recherche des solutions à l’aide, soit des relations analytiques, soit d’abaques préexistants, soit de moyens informatiques plus ou moins élaborés
– Convection:
- Description des échanges de chaleur entre une paroi et un fluide
- Notion globale de similitude
- Etudes de cas simples :
- Ecoulement laminaire forcé sur une plaque plane
- Ecoulement turbulent forcé sur une plaque plane
- Relevés expérimentaux d’informations et établissement de lois de corrélation
- Ecoulements forcés dans des tubes de révolution
- Convection naturelle sur plaque plane ou autour de cylindres:
- thermosiphon, tirage des cheminées
- convection avec changements d’états, ébullition, condensation
- lois de transfert de masse- analogie entre transfert de chaleur et de masse
– Rayonnement thermique:
- Echange d’énergie par rayonnement entre corps solides
- Cas d’une source placée dans un local
- L’effet de serre. Bilan radiatif de la terre avec ou sans atmosphère
- Capteurs sélectifs. Rayonnement par bandes
- Mesures des rayonnements thermiques, pyrométrie et thermométrie. Mesure des coefficients radiatifs
– Transferts couplés:
- Des problèmes mixtes où coexistent les différents modes de transfert de chaleur seront abordés