Transfert de chaleur : Cours et exercices corrigés
Par Dr Ménacer
Éditeur :Editions Pages BleuesFormat :16*23,5Parution :2022Pagination :236 p.ISBN :978-9947-34-267-1Résumé de l'œuvre
Présentation de l'ouvrage :
Le livre de transfert de chaleur s’adresse aux étudiants de troisième année ingénieur électrotechnique au sein du département de génie électrique de l’école supérieure en génie électrique et énergétique ESGEE d’Oran. Donc, c'est le fruit de plusieurs années d'enseignement. Cette partie du programme est consacrée aux trois modes du transfert de chaleur ; conduction, convection et rayonnement thermique. Nous espérons qu'il sera d'une grande utilité pour mieux comprendre les principes des trois phénomènes du transfert de la chaleur. Les chapitres de ce livre sont enrichis par plusieurs exemples et exercices corrigés. Le livre se limite à six chapitres ; Le premier chapitre on présentera les trois modes de transfert de chaleur de manière générale avec des exemples relatifs à chaque mode et dont le but est de présenter les modes de transfert thermique d'une manière simple et facile. Avant de passer aux cas plus difficiles, cela facilite la compréhension des considérations théoriques. Aussi, le but est de familiariser l'étudiant peu à peu avec ces phénomènes coexistant naturellement et pratiquement dans notre vie quotidienne. Le deuxième chapitre est réservé à la conduction monodimensionnelle où l'équation différentielle générale de la conduction a été développée en détail, pour les différentes configurations rencontrées pratiquement (prismatique, cylindrique et sphérique) , et la conduction bidimensionnelle en régime permanent où le concept de facteur de forme pour les différentes configurations pratiques est présenté. En plus, l'analogie électrique, les méthodes numériques par différences finies, utilisées pour le traitement des équations différentielles et l'analyse mathématique de la conduction bidimensionnelle sont aussi présentés. Pour clôturer les notions relatives au mode de transfert de chaleur par conduction. Le troisième chapitre est consacré à la conduction en régime transitoire (variable). Le quatrième chapitre constitue un bref rappel de la convection libre et forcée, le développement détaillé des équations de conservations (de la masse, de quantité de mouvement et de l'énergie) nécessaire pour connaitre leurs applications aux cas particuliers. Les formules couramment utilisées en convection libre et forcée et les différents nombres sans dimensions sont aussi présentés. Le cinquième chapitre constitue un bref rappel pour le calcul et le dimensionnement des échangeurs de chaleur. Le sixième et le dernier chapitre, est consacré à la description du phénomène de rayonnement thermique, en commençant par les définitions préliminaires des différents paramètres relatifs à ce mode pour passer ensuite, aux lois régissant la transmission de la chaleur par rayonnement. Pour chaque chapitre, nous citons des exemples numériques simples d'illustration. A la fin de chaque chapitre, nous proposons des exercices corrigés sélectionnés convenablement pour chaque problème traité. En fin, nous souhaitons que le lecteur profite largement de ce présent livre, en espérant qu'il sera bien satisfait.
Table des matières / Sommaire :
Préface 03 Remerciement 04 Avant- Propos 05 sommaire 07 Chapitre 1 : Transfert de chaleur : Généralités 11 1. L’importance de l’étude de transfert de chaleur 2. Concepts fondamentaux 15 3. Les différents modes de Transfert de chaleur 3.1. Transmission de la chaleur par conduction 3.2. Transmission de la chaleur par convection 3.3. Transmission de la chaleur par rayonnement 4. Formulation d’un problème de transfert de chaleur 14 4.1. Bilan d’énergie 22 Exercices corrigés 23 Chapitre 2 : Transfert de chaleur par conduction en régime permanant 1. Introduction à la conduction thermique 2. La Loi de Fourier 3. Conductivité thermique 4. Équation de la chaleur 4.1 En cordonnées cartésiennes 4.2 En cordonnées cylindriques 4.3 En coordonnées sphériques 5. Transfert conductif unidirectionnel 5.1. Cas d’un mur simple 5.2. Cas d’un mur multicouches 5.3. Cas d’un mur composite 5.4. Cas d’un Cylindre creux long (tube) 5.5. Cas d’un Cylindre creux multicouches 5.6. Cas d’un dispositif à géométrie sphérique 5.7 Théorie des ailettes 6. Transfert de chaleur multidirectionnel 6.1. Méthode du coefficient de forme 6.2. Méthodes numériques (différences finies) Exercices corrigés 47 Chapitre 3 : Transfert de chaleur en régime variable (ou transitoire) et sans changement d’état 1. Conduction unidirectionnelle en régime variable sans changement d’état 1.1 Milieu à température uniforme (méthode du gradient nul) 87 1.2 Milieu semi-infini : Température constante imposée en surface, Flux de chaleur imposée en surface 1.3 Milieu épais de dimensions finies (ou Milieu limité) 2. Conduction multidirectionnelle en régime variable Exercices corrigés 90 Chapitre 4 : Transfert de chaleur par convection 109 1. Introduction 110 2. Modélisation du transfert de chaleur par convection 110 2.1 Ordre de grandeur du coefficient h pour différentes configurations 3. Couches limites en transfert par convection 113 3.1 Couche limite hydrodynamique 113 3.2 Couche limite thermique 4. Ecoulement laminaire et turbulent 114 5. Equation de conservation 116 5.1 Equation de conservation de la masse ou equation de continuité 5.2 Equations de conservation de la quantité de mouvement ou équations de Navier-Stokes 5.3 Equation de conservation de l'énergie 116 6. Equation de la couche limite 117 7. Nombres adimensionnels 118 7.1 Principe de la méthode 118 7.2 Nombres adimensionnels 119 8. Convection forcée 121 9. Convection naturelle 125 Exercices corrigés 128 Chapitre 5 : Echangeur de chaleur 167 1. Introduction (description, hypothèses et conventions) 168 2. Caractéristiques géométriques des échangeurs 168 2.1 Principaux types des échangeurs de chaleurs 168 3. Expression du flux échangé dans un échangeur tubulaire simple 3.1. Calcul de la puissance totale de l’échangeur 172 4. Efficacité d’un échangeur 175 5. Méthode du nombre d’unités de transfert (NUT) 6. Calcule d’un échangeur 177 Exercices corrigés 181 Chapitre 6 : Transfert de chaleur par rayonnement 209 1. Introduction 2. Principe de transfert de chaleur par rayonnement 3. Définitions préliminaires 4. Processus de réception d'un rayonnement par un corps 5. Lois du rayonnement 6. Rayonnement des corps réels 7. Rayonnement des corps gris Exercices corrigés 219 Bibliographie
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