Chapitre 1 Les Transferts De Chaleur

Chapitre 1 : Les transferts de chaleur. Définition : La chaleur correspond à un transfert désordonné de l’énergie  on a une agitation à l’échelle atomique. A la place de chaleur il faut plutôt parler de TRANSFERT THERMIQUE.

Notions sur la chaleur : Effet de la chaleur : Dilatation : ts les corps ont la propriété de se dilater sous l’effet de la chaleur Gaz > liquide > solide Variation de température : un corps, à une T° donnée, voit sa T° ↘ ou ↗ selon la restriction ou l’apport de chaleur. On définit la quantité de chaleur reçue ou cédée par un corps par la quantité Q. ou

m : masse du corps concerné en kg Qm : débit massique en kg.s-1 C : capacité thermique massique du corps en kJ.kg-1.°C-1 Θ initial et final : t° initiale et finale du corps Φ en kJ .h-1 ou kW Q en kJ

Changement d’état : Ex : A Patm, l’eau bout à 100°C et gèle à 0°C. ou L est la chaleur latente de changement d’état (en kJ.kg-1) NB : L vaporisation ou Lv > 0 → on donne de l’énergie L solidification ou Ls < 0 → on retire de l’énergie Equilibre thermique : Un équilibre thermique s’établit entre 2 corps, à des T°≠, par un échange de chaleur cédant de la chaleur au corps froid jusqu’à ce qu’on ait atteint une T° d’équilibre. Adiabatique : pas de pertes de chaleur avec l’extérieur Ex : Calculez θfinal. Q1 = chaleur gagnée Q2 = chaleur cédée par par l’eau le fer <0 Q1 = m1 x Ceau x Q1 + Q2 = 0 car (θfinal – θ1) calorimètre adiabatique = 0,200 x 4,18 x (θfinal – 50)

Différents modes de transfert de la chaleur : 3 modes de transferts de la chaleur : Conduction : propre aux solides et en particulier les métaux. Elle nécessite un contact entre le corps chaud et le corps froid. où : φt est le flux de chaleur transmis entre les 2 milieux. Ainsi : K : coeff d’échange (dépend du matériau utilisé, de l’épaisseur) en kW.m-2.°C-1 S : surface d’échange en m² Convection : propre aux fluides (liquides et gaz). Les changements de T° des fluides entraînent leur mvt : en effet, la densité d’un fluide chaud ↘ avec une ↗ de sa T°.

Θpc et θpf : t° de paroi chaud et froid Rayonnement : tout corps dont la T° est à 0 K émet un rayonnement. Le rayonnement thermique peut se propager dans le vide.

Les échangeurs thermiques : Définition : appareil ds lequel s’effectue un échange de chaleur entre 2 fluides qui ne sont pas en contact direct. Modes de circulation des fluides : Co-courant : N-B : en entrée Δθ est très élevé  choc thermique.

Contre-courant : Δθ est à peu près constant au niveau de l’échangeur.

Il est possible que θsf > θsc : inversion de t°. Observable qu’à contre-courant !

Exemples d’échangeurs : Double paroi Condensateur droit ou liebig Réacteur à double enveloppe ou réacteur de grignard Serpentin Condensateur total

Echangeur tubulaire : Les + utilisés ds l’industrie, relativement bon marché et assez efficaces.