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Module M 36
Cours de
Année universitaire 2019/2020
Université Mohamed 1er
Faculté pluridisciplinaire
NadorTransferts thermiques
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-Nador 1Table de matières
Table de matières
Introduction générale
Références Bibliographiques
Chapitre I : Introduction aux transferts thermiquesChapitre II : transfert thermique par conduction
Chapitre III : transfert thermique par rayonnementChapitre IV : transfert thermique par convection
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-Nador 2Introduction générale
Introduction générale
entre le système et son environnement, sous forme de chaleur et de travail. Cependant, la tion température entre les différentes parties du système, ce qui implique que celui- cours de la trans quels sont les modes de transfert mis en jeu au cours de la transformation et de déterminer quantitativement comment varie la température en chaque point du système au cours du temps. Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-Nador 3Références Bibliographiques
Références Bibliographiques
[1].Bruno Cheron, "Transfert thermique : Résumé du cours et problèmes corrigés", Ellipse 2009.[2].Jean François Sacadure, "Transferts thermiques, Initiations et approfondissement", Tec et Doc Lavoisier, 2014. [3].Jean François Sacadure, "Initiation aux transferts thermiques", Tec et Doc Lavoisier, 1993.
[4].Jean-Luc Battaglia , "Inroduction aux transferts thermiques cours et exercice corrigés" dunod. [5].Dominique Marchio, " Introduction aux transferts thermiques", ParisTech. [6].T.Taine " Transferts thermiques : Applications 18 exercices intégralement corrigés",
Dunod Université.
[7].Ana-Maria Bianchi, " Transferts thermiques " Agence universitaire de la Francophonie. [8].Jean Taine, "Transferts thermiques Introduction aux transferts d'énergie Cours et exercices d'application", Dunod. [9].John H. Lienhard IV , "A Heat Transfer Textbook", Phlogiston Press . [10].Ahmed Mezhab, " Cours des transferts thermiques : Conduction", Master de Mécanique et Energétique, Année Universitaire 2006/2007. [11].Ahmed Mezhab, " Cours des transferts thermiques : Rayonnement thermique", Master de Mécanique et Energétique, Année Universitaire 2006/2007. [12].Najim Salhi , " Cours de transferts thermiques", SMP .S5. Faculté des sciencesOujda, 2007/2008.
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 4 Chapitre I : Introduction aux transferts thermiquesI.Les trois modes de transfert de chaleur
I.1. Transfert de chaleur par conduction dans les solidesI.2. Transfert de chaleur par convection
Convection naturelle :
Convection forcée
convection mixteI.3.Transfert de chaleur par rayonnement
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 5 Chapitre I : Introduction aux transferts thermiquesII.Définitions
II.1. Champ de température
II.2. Gradient de température
Figure 1.1 : Isotherme et gradient thermique
CN=@,,,,,,,,,,&:6;
LJ,&ò6
òJ J,,,&II.3. Flux de chaleur
Ls 5@3 @PL×Ê
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 6 Chapitre I : Introduction aux transferts thermiquesII.3. La résistance thermique
4çÛ
4çÛ
L66 F6565烩
66烩
III. Figure 1.2 : Système et bilan énergétiqueM毩
M柩滩
M M îAEîC
LîO
EîOP
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 7 Chapitre I : Introduction aux transferts thermiquesIII.2. Express
L L òTî:9;
ã:9I?5¹%?5;
5:I6; Figure 1.3 : Schéma du transfert de chaleur conductif Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 8 Chapitre I : Introduction aux transferts thermiques O O Tableau 1.1 : Conductivité thermique de certains matériauxRemarque : 烩
E=à;
Pr OrIII.2.2. Convection
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 9 Chapitre I : Introduction aux transferts thermiques Figure 1.4 : Schéma du transfert de chaleur convectif :9I?6¹%?5;6ã烩
:I6;Remarque :
III.2.3. Rayonnement
Figure 1.4 : Schéma du transfert de chaleur radiatifLêÝÉ5
k6É8 o6ã烩K
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 10 Chapitre I : Introduction aux transferts thermiques III.2.4. Flux de chaleur lié à un débit massiqueI6烩
LI6%ã:65
F66;65á66
îaeç
Lé8%ãò6
òPîaeç毩
é:GCI?7;
%ã烩:,GC?5¹%?5;é8%ã
LM68M6 :9I?7;
:I7; Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 11Chapitre II : Transfert thermique par conduction
I.Equations de la chaleur
Dans sa forme monodimensionnelle, elle décrit le transfert de chaleur unidirectionnel au travers Figure 2.1 : Bilan thermique sur un système élémentaireAvec : ߮௫ቀܵߣ
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 12Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Cette équation peut se simplifier dans un certain nombre de cas : - Si le milieu est isotrope et homogène :ߣ௫ߣ௬ߣ௭ܿߣLe rapport ܽ
- Si la conduction est stationnaire ቀడ்On retrouve :
- En régime permanent, en absence de la chaleur générée.I.1. Coordonnées cylindriques
Dans le cas où le transfert de chaleur par conduction a lieu dans des corps de forme cylindrique cylindriques.Les nouveaux paramètres sont : r, С et z
relations suivantes :Figure 2.2 : Coordonnées cylindriques
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 13Chapitre II : Transfert thermique par conduction
డ et ߮௭ߣI.2. Cordonnées sphériques
Dans le cas de géométries sphériques, il faut utiliser les coordonnées sphériques. relations suivantes :Figure 2.3 : Coordonnées sphériques
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 14Chapitre II : Transfert thermique par conduction
I.3. Conditions aux limites et initiales
instationnaire, il faut aussi spécifier la valeur de la température en tout point du corps à un
I.3.1. Conditions initiales
instationnaire (transitoire). Dans le cas général, les conditions initiales sont données sous la
forme suivante :I.3.2. Conditions aux frontières
Les conditions aux limites sont de trois types :
- Conditions de 1er ordre (Dirichlet) : Cette condition correspond au cas où les températures aux surfaces sont connues. relation :Figure 2.4 : Conditions de 1er ordre (Dirichlet)
suivante. Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 15Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Figure 2.5 : Condition de 2éme ordre (Newman)
- Cas particulier : Dans la pratique, on utilise souvent des couches de matériaux isolant (polystyrène, laine de verre, etc.) pour éviter les déperditions de chaleur. Cette condition implique que le isolée ou adiabatique. Cette condition est exprimée par la relation suivante.Figure 2.6 .
de ce corps ou par rayonnement entre deux corps. par : la surface. a Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 16Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Figure 2.7 : Conditions de 3éme ordre (Fourier) ; (A) type convectif ; (B) type radiatif.Remarque
alors les modèles du mur, de la barre et de la sphère qui sont décrits dans les systèmes de
coordonnées cartésiennes, cylindrique et sphérique par les équations suivantes : Mur ߣ Cylindre ఒ Sphère ఒ II.Conduction de chaleur en Régime Stationnaire UnidimensionnelII.1. Conduction dans un Mur
réduisant à : ௗ௫Ͳ ou ௗ La répartition de température est linéaire et le flux constant. Soit Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 17Chapitre II : Transfert thermique par conduction
limites. II.1.1. Température imposes sur les deux faces du MurFigure 2.8 : Mur simple
On obtient
Figure 2.9 : Circuit électrique équivalent
Analogie électrique
Dans ces expressions, le flux de chaleur ߮
électrique ȟܷ
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 18Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Remarque
configurations classiques, celle où les murs sont montés en série ou bien celle où les murs sont
II.1.2. Mur multicouches
II.1.2.1. En série
côté.Figure 2.10 : Mur composé de plusieurs résistances thermiques en série et schéma équivalent.
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 19Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Avec ܴ
suivant :II.1.2.1. En parallèle
différente, mais par contre les températures pour tous les murs seront identiques sur chaque Figure 2.11 : Mur composé de plusieurs résistances thermiques en parallèle et schémaéquivalent.
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 20Chapitre II : Transfert thermique par conduction
faut écrire que le flux total est la somme des différentes contributions transitant dans les - La résistance thermique de chaque couche égale : - Le flux thermique de chaque couche : ோ et ߮Par identification :
électriques en parallèle.
II.1.3. Échange par convection sur les deux faces du Mur exemple, les températures des surfaces externes ne sont pas connues. Supposons les fluides, voisinages des surfaces, les températures des fluides varient rapidement pour atteindre les chacune des faces. On a Figure 2.12 : Mur échange de la chaleur par convection sur ses deux faces. Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 21Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Le flux étant constant en régime stationnaire, on a par ailleursOn obtient donc
étudiée peut être schématisé de la façon suivante : Figure 2.13 : Circuit électrique équivalent.II.1.4. Mur composite
En supposant le transfert unidirectionnel et en tenant compte des axes de symétrie, on peut se Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 22Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Figure 2.14 : Mur composite.
Avec :
Ce qui peut être schématisé par le schéma électrique équivalent représenter sur la figure
suivante : Figure 2.15 : Circuit électrique équivalent.II.2. Conduction dans un cylindre creux
II.2.1. Les surfaces latérales isothermes
Considérons un cylindre creux de très grande longueur par rapport aux rayons intérieur ܴgradient de température est radial, le problème à deux dimensions géométriques mais la
Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 23Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Figure 2.16 : Une paroi cylindrique.
En posant ݑௗ்
Soit finalement :
On déduit de la loi de Fourier le flux thermique : Moussa AADMI Cours de transferts thermique SMP (S6) FPN-NADOR 24Chapitre II : Transfert thermique par conduction
Les résultats précédents se simplifient en :II.2.2. Cylindre creux multicouche
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