Tranferts thermiques avancés I

But du cours

1. Équation du transfert thermique dans un solide immobile et isotrope.

1. Résistances et conductances thermiques.

1. Convection

• Loi de Newton.

• Principe de la convection.

• Nombres caractéristiques.

1. Rayonnement thermique

• Grandeurs du rayonnement ; lois de Planck, Wien, Stefan–Boltzmann, Kirchhoff.

• Échanges entre corps noirs et entre corps gris.

1. Travaux pratiques

• Mesure de coefficients d’échange thermique.

• Simulation de systèmes thermodynamiques.

Acquis d'apprentissage visés

• Proposer un modèle simplifié pour un système thermique en régime permanent.

• Résoudre un problème 1D en thermique stationnaire soumis à des conditions classiques (convection, température imposée, flux imposé).

• Évaluer un coefficient d’échange convectif en utilisant des corrélations expérimentales usuelles.

Prérequis

• Bilans et transferts.

• Dérivées partielles et équations différentielles.

Programme

• Rappels et cadre: conduction stationnaire 1D, équation de la chaleur à régime permanent, conditions aux limites (Dirichlet, Neumann, Robin).

• Méthode des résistances thermiques: parois planes, cylindriques et sphériques; multicouches; génération volumique simple; contact thermique.

• Résolution de cas types 1D: température ou flux imposé, convection en bord (condition de Robin), superposition et vérification des bilans.

• Convection: loi de Newton, analyse dimensionnelle et nombres sans dimension (Re, Pr, Nu); régimes d’écoulement (laminaire/turbulent); introduction aux corrélations usuelles (écoulements interne/externe).

• Évaluation du coefficient $h$: procédure pas à pas (choix du régime, propriétés, longueur caractéristique, corrélation, calcul de $Nu$ puis $h$); estimation des incertitudes.

• Application intégrée: calcul d’une paroi avec convection de part et d’autre (modèle simplifié, chaîne de résistances, résolution 1D, contrôle d’ordres de grandeur).

• Exercices dirigés et mini‐projet outillé (tableur/Script): résolution et validation de cas concrets, restitution synthétique des résultats.

Modalités d'évaluation

2 Ecrits (2h/2h) + 1 rapport TP