Thermodynamique & Transfert thermique

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Introduction aux transferts thermiques

La thermodynamique permet de prévoir la quantité totale d’énergie qu’un système doit échanger avec l’extérieur pour passer d’un état d’équilibre à un autre.

Lorsqu’il existe une différence de température entre 2 points d’un système ou lorsque 2 systèmes à températures différentes sont mis en contact. On note une tendance à l’égalisation de température qui s’effectue de manière spontanée : on dit qu’il y a transfert thermique ou transfert de chaleur. Donc, la thermique se propose de décrire quantitativement (dans l’espace et dans le temps) l’évolution des grandeurs caractéristiques du système, en particulier la température, entre l’état d’équilibre initial et l’état d’équilibre final.
Le transfert thermique obéit aux principes de la thermodynamique mais les lois de la thermodynamique ne suffisent pas pour décrire la manière avec laquelle se propage l’énergie thermique et expliquer ses mécanismes d’une part et prévoir la vitesse de propagation d’autre part. Le transfert thermique est donc régi par d’autres lois qui sont très importantes dans différentes branches de l’industrie : exemple les fours, les évaporateurs, les condenseurs, les séchoirs, etc.

Conduction thermique

Le transfert peut être défini comme la transmission d’énergie d’une région à une autre sous l’influence d’un gradient.
On distingue 3 modes de transfert de chaleur : conduction, convection et rayonnement. Dans ce chapitre, sera présentée et étudiée la conduction thermique. La conduction est le phénomène par lequel la chaleur se transmet d’une région à haute température vers une autre à basse température à l’intérieur d’un milieu solide (liquide ou gazeux sous certaines conditions) ou entre différents milieux mis en contact.
Le transfert d’énergie se fait par transmission de l’énergie cinétique d’agitation thermique des particules qui ont une énergie cinétique plus grande dans les régions à température élevée vers les régions à température plus faible.

Convection Thermique

Le transfert thermique s’effectue spontanément dès qu’il existe une différence de température entre deux points d’un système ou de deux systèmes différents en absence de changement de phase. Le mécanisme de cette transmission de chaleur s’effectue suivant trois modes : conduction, convection et rayonnement. S’il y a changement de phase, le transfert se fait à température constante suivant un processus réversible. Dans ce cas, la chaleur de changement de phase est prise en considération (chaleur latente de vaporisation, chaleur latente de condensation, etc.). Ce chapitre est consacré à la convection thermique. En plus au transfert de chaleur par conduction toujours présent dans la matière, il y a dans les fluides un transfert de chaleur provoqué par l’écoulement du fluide, c’est-à-dire par le
mouvement d’ensemble des particules qui le composent : ce phénomène est appelé advection. On peut donc définir la convection comme la réunion de deux modes de transfert de chaleur : la conduction qui s’effectue à l’échelle microscopique et l’advection qui est de nature macroscopique.

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