Le fil rouge de ce cours est le dimensionnement des échangeurs de chaleur, dispositif très répandu dans l'industrie pour chauffer ou refroidir un fluide. L'étude de l'échangeur sera très détaillée en étudiant le phénomène de transmission de chaleur par conduction dans la paroi de l'échangeur et le phénomène de transmission de chaleur par convection entre la paroi et le fluide.
Le troisième mode de transfert de chaleur (à part la conduction et la convection) est le transfert de chaleur par rayonnement. Des problèmes de rayonnement sont nombreux dans l'industrie : traitement thermique des pièces mécaniques, séchage des matériaux et des revêtements, chauffage d'une salle, mesure des températures élevées, pertes thermiques par rayonnement, isolation thermique d'une substance très chaude ou très froide ...
A l’issue de l’UE, l’étudiant sera capable de :
- Comprendre et appliquer les principes physiques mis en jeu dans les transferts de chaleur
En particulier :
- Connaître les principales propriétés physiques impliquées dans les problèmes industriels de transfert thermique
- Distinguer les différents modes de transfert thermique dans les systèmes énergétiques
- Comprendre les équations locales et globales de bilan et la signification physique de leurs termes. Savoir utiliser l'analyse dimensionnelle
- Résoudre des problèmes simples en énergétique, analytiquement et/ou numériquement (exemples: capteurs solaires thermiques, calcul d'effet de serre)
- Pré-dimensionner un élément d'un système énergétique (échangeur de chaleur) au moyen de bilans, de lois de similitude ou de corrélations
- Résoudre des problèmes simples d'échange radiatif entre corps noirs et gris.
Connaissances en Thermodynamique
L’élève doit être capable de :
Connaître les principales propriétés physiques impliquées dans les problèmes industriels de transfert thermique, et en particulier :
· Connaître les ordres de grandeur pour quelques fluides et matériaux usuels ;
· Utiliser précisément le vocabulaire associé.
Distinguer les différents modes de transfert thermique et les différents régimes d’écoulement dans les systèmes énergétiques, et en particulier :
· Identifier les transferts conductifs, convectifs et radiatifs ;
· Distinguer les régimes laminaires, transitoires et turbulents.
Comprendre la signification physique des différents termes des équations locales et globales de bilan, et en particulier :
· Utiliser l’analyse dimensionnelle pour estimer l'ordre de grandeur de ces termes ;
· Conclure quant à une modélisation adaptée
Résoudre des problèmes simples en énergétique, analytiquement et/ou numériquement :
- Conduction 1D (mur plan)
- Convection forcée et naturelle
- Echangeur de chaleur
- Echange radiatif entre corps noirs et gris
- · Généralités sur les transferts de chaleur
- · Transfert de chaleur par conduction : Loi de Fourier et Equation de la chaleur, régime stationnaire et transitoire
- · Transfert de chaleur par convection
- · Echangeurs avec la méthode de Psi
- Echangeurs avec la méthode de NUT
- . Rayonnement entre corps noirs
- . Rayonnement entre corps gris
- . Etude détaillée du rayonnement d'un corps noir
Code bibliothèque : 536-000 Thermique
1) Bianchi A. « Transferts thermiques »
2) Eyglunent B. "Manuel de thermique" ; Hermès
3) Bejan A. "Thermal Design and Optimization" ; J. Wiley
équations approuvées de transfert de chaleur
4) Incropera F.P. "Introduction to heat transfer»; J. Wiley
nombreuses exercices et exemples faciles
6 séances de cours magistral suivi de 9 séances de exercices dirigés
· 1 test concernant les CMs et EDs de conduction, de convection, d'échangeur et de rayonnement : 1 h (compte pour 50 % de la note du cours Energétique)
Documents autorisés : Polycopie (sans exercices), calculatrice, fiches manuscrites avec des formules utiles, règle