Modes de transfert thermique

Abstract

Le présent polycope est constitue des cours de la deuxième partie du programme classique de Mécanique Appliquée, enseignée de 2002 à 2008 aux étudiants de troisième année ingénieur automatique au sein du département d'automatique de l'USTO. Donc, c'est le fruit de huit années d'enseignement. Cette partie du programme est consacrée aux trois modes du transfert de chaleur; conduction, convection et rayonnement thermique. Actuellement, il est adressé aux étudiants de Licence LMD (Energétique: pour le module de transfert de chaleur 1 et Construction Mécanique pour le module de transfert thermique). Nous espérons qu'il sera d'une grande utilité pour mieux comprendre les principes des trois phénomènes du transfert de la chaleur. Les cours sont enrichis par plusieurs exemples et exercices corrigés. Le polycope se limite à six chapitres, dans 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 consacré à la conduction unidimensionnelle en régime permanent où l'équation différentielle générale de la conduction a été développée en détail, pour les différentes configurations rencontrées pratiquement (prismatique, cylindrique et sphérique). Aussi, le problème de la conduction unidimensionnelle avec déperdition à travers les surfaces latérales (le problème type de conduction dans un solide, refroidissement par ailettes) est présenté. Le troisième chapitre est réservé à 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 quatrième chapitre est consacré à la conduction en régime transitoire (variable). Le cinquième 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 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 polycope, en espérant qu'il sera bien satisfait.