Objectifs de l’enseignement:
Evaluer les flux conduits, convectés ou rayonnés dans différentes situations. Etre capable de modéliser un problème thermique et de le résoudre dans des cas stationnaires et de géométries simples. Etre capable de faire le bon choix des matériaux pour toute application thermique.
Connaissances préalables recommandées:
Thermodynamique et mathématiques de L1 et L2.
Contenu de la matière:
Chapitre 1. Conduction de la chaleur
Introduction des transferts thermiques et position vis-à-vis de la thermodynamique. Lois de base des transferts de chaleur. Loi de Fourier. Conductivité thermique et ordres de grandeur pour les matériaux usuels. Discussion des paramètres dont dépend la conductivité thermique. Equation de l’énergie, les hypothèses simplificatrices, et les différentes formes. Les conditions aux limites spatiales et initiales. Les quatre conditions linéaires et leur signification pratique. Quelques solutions de l’équation de la chaleur, en coordonnées cartésiennes, cylindriques et sphériques avec les conditions linéaires et en régime stationnaire. Conduction stationnaire avec sources de chaleur. L’analogie électrique. Les résistances en série et les résistances en parallèle Mur composites et cylindres concentriques). Les ailettes : Les différents types d’ailette, intérêt pratique des ailettes. Equation de l’ailette rectangulaire longitudinale. Résolution pour les quatre conditions aux limites classiques. Calcul du flux perdu, calcul du rendement et de l’efficacité de l’ailette. Epaisseur optimale des ailettes rectangulaires longitudinales.
Chapitre 2. Transfert de chaleur par convection
Mécanismes des transferts de chaleur par convection. Paramètres intervenant dans les transferts convectifs. Mise en évidence des différents types de transfert par convection : Convection forcée, naturelle et mixte. Citer des exemples courants. Discerner entre transfert convectif laminaire et turbulent dans les deux modes forcé et naturelle. Méthodes de résolution d’un problème de convection (Analyse dimensionnelle et expériences, méthodes intégrales pour les équations approchées de couche limite, résolution des équations représentant la convection et analogie avec des phénomènes similaire comme les transferts de masse), citation seulement. Analyse dimensionnelle alliée aux expériences : Théorème Pi, faire apparaître les nombres sans dimensions les plus utilisés en convection (Reynolds, Prandtl, Grashoff, Rayleigh, Peclet et Nusselt) forcée et naturelle. Expliquer la signification de ces nombres. Expliquer l’utilisation des corrélations les plus courantes sur des exemples concrets.
Chapitre 3. Transfert de chaleur par rayonnement
Introduction : Notions d’angle solides. Mécanisme du transfert radiatif de surface et de volume. Définitions et lois générales (Luminance, éclairement, intensité, émittance). Formule de Bouguer, loi de Kirchhoff et loi de Draper. Le corps noir (CN). La loi de Planck. Flux émis par le CN dans une bande spectrale. La loi de Stefan-Boltzmann. Propriétés radiatives globales des surfaces grises et relations entre elles. Echanges radiatifs entre deux plans parallèles infiniment étendus séparées par un milieu transparent. Notions d’écran. Echange radiatif entre deux surfaces concaves noires. Notions de facteurs de forme. Relations de réciprocités. Règle de sommation. Règle de superposition. Règle de symétrie. Facteurs de forme entre surfaces infiniment longues. La méthode des cordes croisées. Flux perdu par une surface concave. Echanges radiatifs entre n surfaces quelconques formant une enceinte. Règles de l’enceinte pour les facteurs de forme. Méthode des éclairements-radiosité pour évaluer les flux échangés. Analogie électrique en transfert radiatif.
Mode d’évaluation:
Contrôle continu: 40%; Examen: 60%.
Références bibliographiques:
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- Enseignant: BELAHCENE Abdelhak