Éléments fondamentaux des transferts thermiques
Auteurs :
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Rubrique :
Mécanique – Physique
ISBN :
9782364935129
Référence :
1512
Année de parution :
2015
Ce livre traite essentiellement des connaissances de base nécessaires à la compréhension et au traitement des échanges thermiques qui jouent un rôle important dans de très nombreux processus naturels, industriels et domestiques. L’ouvrage est classiquement divisé en trois parties correspondant aux trois mécanismes gouvernant ces échanges : conduction, convection, rayonnement.
Dans chaque partie, après l’exposé des phénomènes physiques et la formulation propre à chaque mode d’échange, on développe les méthodes de détermination des flux de chaleur et des champs de température qui conditionnent ces transferts thermiques. Des configurations et situations spécifiques pouvant servir de modèle à des cas pratiques plus complexes sont particulièrement examinées et des exercices d’application sont proposés.
L’ouvrage est destiné aux étudiants engagés dans des filières scientifiques traitant des échanges thermiques (licence, master, école d’ingénieur…) et également à des techniciens et ingénieurs souhaitant acquérir des connaissances dans le domaine des transferts thermiques.
| Référence : | 1512 |
| Nombre de pages : | 302 |
| Format : | 17x24 |
| Reliure : | Broché |
| Rôle | |
|---|---|
| Belouaggadia Naoual | Auteur |
| Abid Nora Chérifa | Auteur |
| Brun Raymond | Auteur |
Sommaire :
Première partie : Conduction
Chapitre 1. Généralités
Chapitre 2. Conduction monodimensionnelle en régime permanent
Chapitre 3. Conduction bidimensionnelle en régime permanent
Chapitre 4. Conduction en régime instationnaire
Chapitre 5. Méthode des différences finies
Deuxième partie. Convection
Chapitre 1. Généralités
Chapitre 2. Ecoulements externes en convection forcée
Chapitre 3. Ecoulements internes en convection forcée
Chapitre 4. Application. Les échangeurs de chaleur
Chapitre 5. La convection naturelle
Troisième partie. Rayonnement
Chapitre 1. Le rayonnement thermique
Chapitre 2. Transferts radiatifs entre surfaces opaques
Chapitre 3. Transferts radiatifs à travers les milieux semi-transparents
Table des matières
Introduction
Symboles et notations
Première partie : Conduction
Chapitre 1. Généralités
1.1. Définitions
1.2. Aspects physiques et loi de Fourier
1.3. Conductivité thermique des matériaux
1.4. Equation de conduction. Aspects mathématiques
1.5. Conditions aux limites
1.5.1. Conditions aux frontières extérieures
1.5.2. Conditions aux frontières intérieures
Annexe 1. Systèmes de coordonnées et relations générales
Annexe 2. Equation de Boltzmann et loi de Fourier
Annexe 3. Conditions aux limites. Cas monodimensionnel
Annexe 4. Propriétés thermophysiques de l’air
Exercices du Chapitre 1
Chapitre 2. Conduction monodimensionnelle en régime permanent
2.1. Conduction en géométrie plane
2.2. Notion de résistance thermique
2.3. Le mur composite
2.4. Cas particuliers
2.5. Conduction en géométrie cylindrique
2.6. Conduction en géométrie sphérique
2.7. Conduction avec source de chaleur
2.8. Configuration des surfaces d’échange. Les ailettes
2.8.1. Ailettes de section uniforme
2.8.2. Efficacité des ailettes
2.8.3. Ailettes de section non-uniforme
2.8.4. Rendement d’un ensemble d’ailettes
Exercices du Chapitre 2
Chapitre 3. Conduction bidimensionnelle en régime permanent
3.1. Méthode des images
3.1.1. Source linéaire et ponctuelle
3.1.2. Méthode de superposition
3.1.3. Application à un milieu semi-infini
3.2. Méthode de séparation des variables
3.3. Généralisation. Développement en série de fonctions propres
Annexe. Fonctions propres du Laplacien
Exercices du Chapitre 3
Chapitre 4. Conduction en régime instationnaire
4.1. Régimes transitoires
4.1.1. Méthode globale
4.1.2. Méthode de Fourier
4.1.3. Développement en série de fonctions propres
4.1.4. Transformation de Laplace
4.1.5. Solutions affines
4.2. Régimes variables
4.2.1. Impulsion de température en milieu semi-infini
4.2.2. Régime périodique établi
Annexe. Rappels mathématiques
Exercices du Chapitre 4
Chapitre 5. Méthode des différences finies
5.1. Equations pour un nœud interne
5.2. Equations aux frontières extérieures
5.3. Equations aux frontières intérieures
5.4. Méthodes explicites
5.4.1. Equations aux différences finies explicites
5.4.2. Stabilité du processus
5.4.3. Cas des régimes permanents
5.5. Méthodes implicites
5.5.1. Equations aux différences finies implicites
5.5.2. Méthodes de résolution
5.6. Méthode des directions alternées
Annexe 1. Application de la méthode explicite. Le mur
Annexe 2. Application de la méthode implicite. L’ailette
Deuxième partie. Convection
Chapitre 1. Généralités
1.1. Introduction
1.1.1. Exemple simple
1.1.2. Régimes de convection
1.1.3. Caractérisation des échanges convectifs
1.2. Equations de bilan
1.2.1. Bilan énergétique
1.2.2. Bilans de quantité de mouvement et de masse
1.2.3. Relations complémentaires
1.3. Aspects physiques des équations. Nombres sans dimension
1.3.1. Grandeurs caractéristiques
1.3.2. Equations de conservation adimensionnées
1.3.3. Nombres sans dimension. Classification des écoulements
1.4. Analyse dimensionnelle
1.4.1. Transfert de chaleur en convection forcée
1.4.2. Transfert de chaleur en convection naturelle
Annexe 1. Tenseur des contraintes et modélisation
Annexe 2. Autres formes de l’équation de convection
Annexe 3. Cas des mélanges homogènes
Exercices du Chapitre 1
Chapitre 2. Ecoulements externes en convection forcée
2.1. Généralités sur la couche limite
2.2. La couche limite laminaire
2.2.1. Couche limite sur une plaque plane
2.2.2. Couche limite sur une paroi quelconque
2.2.3. Exemples simples
2.2.4. Couche limite sur un corps de révolution
2.3. La couche limite turbulente
2.3.1. Equations de la couche limite turbulente
2.3.2. Couche limite sur une plaque plane
2.3.3. Couche limite sur un cylindre
2.4. Généralisation
2.4.1. Cylindre à section non circulaire
2.4.2. Rangée de tubes
Annexe 1. Cas des métaux liquides
Annexe 2. Transfert de masse
Annexe 3. Lois de vitesse moyenne à la paroi
Exercices du Chapitre 2
Chapitre 3. Ecoulements internes en convection forcée
3.1. Ecoulements dans les conduites. Régime laminaire
3.1.1. Etude dynamique
3.1.2. Etude thermique
3.1.3. Modèle monodimensionnel
3.1.4. Régime non-établi
3.1.5. Généralisation de la notion de température moyenne
3.1.6. Canalisations de section non-circulaire
3.2. Ecoulements dans les conduites. Régime turbulent
3.2.1. Etude dynamique
3.2.2. Etude thermique
Annexe 1. Pertes de charge dans les conduites
Annexe 2. Analogie de Von Karman
Exercices du Chapitre 3
Chapitre 4. Application. Les échangeurs de chaleur
4.1. Types d’échangeurs de chaleur
4.2. Calcul d’un échangeur
4.2.1. Détermination du coefficient d’échange global
4.2.2. Détermination de la différence de température logarithmique moyenne
4.3. Méthode de l’efficacité
4.4. Convection avec changement de phase
Exercices du Chapitre 4
Chapitre 5. La convection naturelle
5.1. Equations générales et adimensionnement
5.2. Convection naturelle en milieu ouvert
5.2.1. Convection laminaire le long d’une plaque verticale
5.2.2. Convection turbulente le long d’une plaque verticale
5.2.3. Généralisation pour des géométries diverses
5.3. Convection naturelle en milieu confiné
5.3.1. Plaques verticales
5.3.2. Plaques horizontales
5.4. Convection mixte
5.4.1. Convection mixte en milieu ouvert
5.4.2. Convection mixte en espace confiné
Annexe. Corrélations usuelles en convection naturelle
Exercices du Chapitre 5
Troisième partie. Rayonnement
Chapitre 1. Le rayonnement thermique
1.1. Introduction
1.2. Grandeurs caractéristiques
1.2.1. Notion d’angle solide
1.2.2. Classification des grandeurs physiques
1.2.3. Grandeurs relatives au rayonnement thermique
1.3. Lois du rayonnement thermique. Le corps noir
1.3.1. Le corps noir. Définitions et propriétés
1.3.2. Lois du rayonnement thermique
1.4. Propriétés radiatives des corps réels
1.4.1. Réflectivité monochromatique
1.4.2. Absorptivité et transmissivité monochromatiques hémisphériques
1.4.3. Emissivités monochromatiques directionnelle et hémisphérique
1.4.4. Loi de Kirchoff-Draper
1.4.5. Les grandeurs totales
Annexe 1. Loi de Planck
Annexe 2. Emissivité de quelques matériaux
Annexe 3. Grandeurs totales et monochromatiques
Exercices du Chapitre 1
Chapitre 2. Transferts radiatifs entre surfaces opaques
2.1. Formulation générale
2.2. Transferts radiatifs entre surfaces noires
2.2.1. Notion de facteurs de forme
2.2.2. Relations entre facteurs de forme
2.2.3. Exemples d’évaluation de facteurs de forme
2.2.4. Flux de puissance radiatif net échangé
2.3. Transferts radiatifs entre surfaces grises et opaques. Méthode de Poljack
2.3.1. Notion de radiosité
2.3.2. Flux net
2.3.3. Méthode de Poljack
2.4. Transferts radiatifs entre surfaces diffuses isotropes. Méthode de Gebhart
2.5. Analogie électrique
2.5.1. Exemple d’application
2.5.2. Cas particuliers importants
2.6. Transferts radiatifs dans des enceintes à parois à émission diffuse et à réflexion
spéculaire
2.7. Notions de base sur l »application de la méthode de Monte-Carlo
Annexe 1. Facteurs de forme géométrique de rayonnement
Annexe 2. Fraction de rayonnement
Exercices du Chapitre 2
Chapitre 3. Transferts radiatifs à travers les milieux semi-transparents
3.1. Propriétés des milieux semi-transparents
3.1.1. Emission
3.1.2. Absorption
3.1.3. Diffusion
3.2. Atténuation du rayonnement dans un milieu semi-transparent
3.3. Grandeurs monochromatiques et totales
3.4. Equations de transfert radiatif en milieu semi-transparent
3.4.1. Expression locale de l’équation de transfert
3.4.2. Forme intégrée de l’équation de transfert
3.5. Conservation de l’énergie en milieu semi-transparent
3.6. Transferts radiatifs entre surfaces opaques à travers un milieu semi-transparent
3.6.1. Relations spectrales
3.6.2. Facteurs monochromatiques moyens : Approximation de l’hémisphère
équivalent
3.6.3. Facteurs totaux moyens
3.7. Conclusions
Annexe 1. Emissivité du gaz carbonique et de la vapeur d’eau
Annexe 2. Epaisseurs de gaz équivalentes vis-à-vis du rayonnement
Exercices du Chapitre 3
Références
Index des matières
Symboles et notations
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