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Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 1 République Algérienne Démocratique et Populaire Faculté des Sciences et Sciences Appliquées Ain Beida

Département de Génie Mécanique

" Cours Transfert Thermique »

Destiné aux étudiants

3èmes Année Licence Energétique

Présenté par : Dr Tayeb OUKSEL

Année universitaire 2016-2017

Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 2

" $XŃXQ VXÓHP Q·M GHV UMSSRUPV SOXV pPHQGXV MYHŃ OHV SURJUqV GH O·LQGXVPULH HP

ceux des sciences naturelles ŃMU O·MŃPLRQ GH OM ŃOMOHXU HVP PRXÓRXUV SUpVHQPH elle pénètre tous les corps et les espèces, elle influe sur les procédés des arts, et concourt à tous les phénomènes dH O·XQLYHUV » Joseph Fourier, " Théorie Analytique de la Chaleur », 1822 Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 3

SOMMAIRE

Chapitre 1 : Introduction aux transferts thermiques

1.1 Les différents modes de transferts 1.1.1 La conduction

1.1.2 Le rayonnement

1.1.3 La convection

1.2 Combinaison des différents modes de transferts

P5 P5 P5 P5 P6 P7

Chapitre 2 : La conduction de la chaleur

2.1 La loi de Fourier 2.1.1 Définitions

2.1.2 Enoncé de la loi de Fourier 2.1.3 Orthogonalité du gradient et de

2.2 La conductivité thermique

2.2.1 Généralités

2.2.2 Matériaux anisotropes

2.3 Equations générales de la conduction

2.3.1 Bilan énergétique

2.3.2 Equations de la chaleur pour un solide homogène et isotrope

2.3.3 2.4

2.5 Conditions aux limites spatio-temporelles

2.5.1 Conditions initiales

2.5.2 Conditions aux limites (Conditions aux surfaces)

P8 P8 P8 P10 P11 P12 P12 P13 P14 P15 P16 P16 P17 P17 P18 P18

Chapitre 3 : Conduction en régime permanant

3.1 Mures simples, murs accolés, murs composites, résistances thermiques

conductives et convectives

3.1.1 isothermes

3.1.2

3.1.3 Cas des murs accolés en contact avec 2 fluides

3.1.4

3.2 Cylindre et sphère creux à surfaces isothermes

3.2.1

3.2.2 e sphère creuse à surfaces latérales isothermes

P20 P20 P20 P23 P24 P27 P28 P28 P32

Chapitre 4: Conduction vive

4.1 plaque plane

4.2 4.3 P34 P34 P35 P37 Chapitre 5 : Transfert de chaleur par conduction en régime variable

5.1 Conduction unidirectionnelle

5.1.1 Milieu à température uniforme (méthode du gradient nul)

P40 P40 P40

Chapitre 6 : Les ailettes

6.1 Généralités

6.2 6.3

6.4 Problème de la barre encastrée

P43 P43 P45 P45 P47 Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 4

Chapitre 7 : La convection

7.1 Généralités Définitions

7.2 La loi de Newton

7.2.1 Coefficient d'échange par convection

7.2.2 Ordre de grandeur du coefficient h pour différentes configurations

7. 3 Convection naturelle

7.4 Bilan des forces agissant sur une particule (P)

7.5 Etude du phénomène de convection

7.5.1 Couches limites ;

7.5.2 Nature du coefficient de convection hc ;

7.5.3 Détermination de hc : Analyse dimensionnelle

7.5.4 Méthode pratique de calcul de hc

P49 P49 P50 P50 P50 P52 P52 P53 P53 P55 P55 P58

Bibliographie P60

Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 5

Chapitre 1

Introduction aux transferts thermiques

1.1 Les différents modes de transferts :

Lorsque deux systèmes sont à des températures différentes, le système le plus chaud cède de

la chaleur au plus froid. Il y a échange thermique ou encore transfert thermique entre ces deux systèmes. Cette situation se rencontre dans de nombreuses situations industrielles (moteurs

thermiques ou même électriques, centrales électriques au fuel au gaz, etc..., électronique) ou

à un flux de chaleur

qui correspond à un déplacement de nergie du plus chaud vers le plus froid. Comme on le verra par la suite, le flux de chaleur dont la densité locale est notée ĭ est une grandeur un flux de chaleur est caractérisé non seulement par son intensité mais aussi par sa direction. Il est déé une

densité surfacique de puissance (W/m2). Il existe trois modes essentiels de transferts de

chaleur: la conduction, le rayonnement et la convection.

1.1.1 La conduction :

On sait que la tempéagitation moléculaire dans un gazeux. Considé solide au sein duquel la tempéagitation moléculaire élevée de la zone chaude communiquera ´energie cinétique aux zones plus froides par un phénomène appelé conduction de la chaleur.

La conduction est un phénomène de diffusion qui permet donc à la chaleur de se propager à

inté Il en est de même pour un liquide ou un gaz mais on verra par la suite que pour eux, la convection est un autre mode de transfert de chaleur possible. Notons enfin que la conduction de support moléculaire pour cela.

1.1.2 Le rayonnement :

La chaleur du soleil frappe pourtant notre planè liquide ou gazeux au delà de atmosphè thermique peut tout de même traverser le vide. Ce mode de transfert le rayonnement. Il correspond à ondes électromagnétiques émises par tout corps, quelle que soit sa tempéimagine, le rayonnement électromagnétique est autant plus élevé que sa température est grande. Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 6 Comme pour la conduction, ce sont les intéractions entre atomes et molécules qui sont à peuvent le générer, ce qui diminue leur énergie, ou encore re, le rayonnement milieux transparents (gaz, verre, vide) ou semi-opaque (gaz + fumées de CO2, gaz + vapeur

1.1.3 La convection :

Un débit ou une circulation de liquide ou de gaz peut transporter avec lui une certaine quantité énergie thermique. Ce transport de chaleur porte le nom de CONVECTION énergie par un écoulement est analogue autres quantité transport de humidité leur se sert du fluide comme véhicule pour se déplacer.

Sans entrer dans les dés:

La convection forcé écoulement du fluide est forcé par un dispositif mécanique quelconque (pompe ou gravité il existe une différence de température entre deux points aura une masse volumique plus faible que le fluide froid aura tendance à effet de la pousséArchimède. , par ailleurs, sera transportée avec lui: on parle circule par convection forcée, entretenue par le circulateur (petite pompe située dans la chau

pièces de la maison circule par convection naturelle depuis le radiateur autour duquel il

é élève avant de redescendre pour former un circuit fermé.

En convection on caractérise le flux de chaleur Ȱ qui est extrait par le fluide de température

T0 S à la température TP par :

Où ĭ est en Watt, S en m2, T en Kelvin et où h désigne le échange entre la paroi et le fluide (en W.m2.K1).

1.2 Combinaison des différents modes de transferts

Dans beaucoup de situations, il y a coexistence de 2 ou même 3 des modes de transferts thermiques décrits précédemment. Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 7 Ces phénomènes se comportent alors comme une source (ex. de la condensation) ou un puits de chaleur (ex. de la vaporisation). Département de Génie Mécanique Cours Transfert Thermique Dr Tayeb OUKSEL 8

Chapitre 2

La conduction de la chaleur

2.1 La loi de Fourier :

Rappelons que la conduction est le seul mode de transfert de chaleur possible dans un solide (sauf pour quelques solides transparents comme le verre qui laissent passer un rayonnement électromagnétiquematière.

2.1.1 Définitions :

Température T: elle se définit

une fonction sc problème en dépend (problème rature est le degré Kelvin [K] ou encore le degré Celsius [C]. Flux de chaleur઴: é de chaleur qui traverse une surface S par unité de temps: ௗ௧ en Watt Densité de flux: elle représente la de surface. Pour une surface perpendiculaire au flux de chaleur : Si le flux est homogène en tout point de la surface alors :quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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