par Taine, Jean (1949-....)
Dunod ; Dupli-Print
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Disponible - 621.61 TAI
Niveau 3 - Techniques
Transferts thermiques : introduction aux transferts d'énergie
| Auteur(s) : |
Taine, Jean (1949-....)
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Résumé
Une approche pédagogique progressive et réactualisée des transferts thermiques, couplée aux autres sciences des transferts. Un grand nombre d'applications concrètes de ces phénomènes est présenté : centrales nucléaires, panneaux solaires, propulseur Vulcain, etc. Avec des exercices corrigés. ©Electre 2021
- Autre(s) auteur(s)
- Éditeur(s)
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Date
- DL 2021
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Notes
- Bibliogr. Index
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Langues
- Français
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Description matérielle
- 1 vol. (XV-463 p.) : ill. ; 24 cm
- Collections
- Sujet(s)
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ISBN
- 978-2-10-082166-2
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Indice
- 621.61 Échanges et transferts thermiques, mesures thermiques
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Quatrième de couverture
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Transferts thermiques
Introduction aux transferts d'énergie
Les transferts thermiques sont une science clé de l'énergie. Cet ouvrage aborde les principaux modes de transferts d'énergie : la conduction, le rayonnement et la convection.
Ces phénomènes très différents, mais pouvant interagir, doivent être connus de l'étudiant qui sera confronté un jour ou l'autre à un problème de transfert thermique. Il trouvera dans ce cours de nombreuses applications concrètes (centrales nucléaires, panneaux solaires, propulseur Vulcain...] ainsi que de nombreux exercices corrigés.
Dans cette 6e édition entièrement actualisée, la priorité est donnée à la compréhension physique des phénomènes et à l'apprentissage de la modélisation physique. Le chapitre sur le rayonnement des milieux semi-transparents a été entièrement refondu pour intégrer des avancées récentes des concepts et des méthodes.
Les plus
- Un cours clair et pédagogique
- De nombreux exemples concrets
- Des exercices corrigés
Le public
- Étudiants en Licence 3 et Master
- Élèves ingénieurs
- Ingénieurs d'études et de recherche, chercheurs
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Tables des matières
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Transferts thermiques
Itroduction aux transferts d'énergie
6e édition
Jean Taine
Franck Enguehard
Estelle Lacona
Dunod
- Avant-propos XI
- Index des notations XIII
- Partie1
- Première approche des transferts thermiques
- Chapitre 1. Les principaux modes de transfert d'énergie 3
- 1.1 Limitations physiques et objectifs3
- 1.1.1 Le système3
- 1.1.2 Déséquilibre thermique et équilibre thermodynamique local (E.T.L.)4
- 1.1.3 Objectif des transferts thermiques - Conventions sur les flux5
- 1.2 Première notion de flux radiatif6
- 1.3 Transfert conductif8
- 1.3.1 Flux conductif8
- 1.3.2 Ordres de grandeur des conductivités thermiques10
- 1.3.3 Systèmes à conductivité apparente très élevée : les caloducs11
- 1.4 Flux convectif et conducto-convectif11
- 1.4.1 Le phénomène de convection11
- 1.4.2 Flux surfacique conductif à une paroi, couplé au phénomène de convection14
- 1.4.3 Application aux caloducs16
- 1.5 Conditions aux limites classiques18
- 1.5.1 Exemple 1 : milieu opaque et milieu transparent18
- 1.5.2 Exemple 2 : deux milieux opaques19
- 1.5.3 Exemple 3 : un milieu (semi-)transparent et un milieu transparent19
- 1.5.4 Exemple 4 : contact thermique19
- 1.5.5 Exemple 5 : interface entre deux phases20
- 1.6 Bilan d'énergie en régime stationnaire sans mouvement20
- 1.6.1 Formulation générale du bilan d'énergie20
- 1.6.2 Méthodologie de résolution d'un problème de transfert thermique21
- 1.6.3 Exercices d'application22
- Exercice 1.1. Chauffage en volume22
- Exercice 1.2. Crayon fissile24
- Chapitre 2. Transferts conductifs stationnaires linéaires 27
- 2.1 L'analogie électrique et ses limites27
- 2.1.1 Principe27
- 2.1.2 Exercices d'application30
- Exercice 2.1. Résistances thermiques30
- Exercice 2.2. Le paradoxe de l'isolant, en géométrie cylindrique31
- Exercice 2.3. Résistance thermique d'un élément d'échangeur plan ; coefficient d'échange global32
- 2.2 Ailettes et approximation de l'ailette34
- 2.2.1 Approximation de l'ailette35
- 2.2.2 Calcul de l'efficacité d'une ailette36
- 2.2.3 Ailette idéale (isotherme)38
- 2.2.4 Ailette infinie39
- 2.2.5 Résultats pour diverses géométries d'ailettes39
- 2.2.6 Validité de l'approximation de l'ailette au sens du profil de température39
- 2.2.7 Résolution générale du problème de l'ailette (conduction stationnaire à plusieurs dimensions)40
- 2.2.8 Validité de l'approximation de l'ailette au sens du flux global42
- 2.2.9 Exercices d'application43
- Exercice 2.4. Ailette en acier : conditions pratiques de l'approximation de l'ailette43
- Exercice 2.5. Bilan énergétique simplifié d'un appartement43
- Chapitre 3. Conduction instationnaire 49
- 3.1 Introduction49
- 3.2 Théorèmes généraux52
- 3.2.1 Théorème de superposition52
- 3.2.2 Analyse dimensionnelle -Théorème Π54
- 3.3 Géométrie semi-infinie. Réponse après un intervalle de temps court57
- 3.3.1 Réponse d'un système après un intervalle de temps court57
- 3.3.2 Réponse d'un système à une condition extérieure périodique60
- 3.3.3 Exercice d'application63
- Exercice 3.1. Contact thermique63
- 3.4 Géométrie finie. Réponse d'un système à un instant quelconque67
- 3.4.1 Réponse à une perturbation brutale67
- 3.4.2 Réponse à un régime forcé68
- 3.5 Échelles de temps et de longueur68
- 3.5.1 Temps caractéristiques68
- 3.5.2 Nombre de Biot71
- 3.5.3 Nombre de Fourier71
- 3.5.4 Exercices d'application72
- Exercice 3.2. Temps de réponse d'un thermocouple72
- Exercice 3.3. Pont thermique72
- Chapitre 4. Transferts radiatifs entre corps opaques 75
- 4.1 Domaine du rayonnement thermique76
- 4.2 Expression d'un flux monochromatique78
- 4.2.1 Flux monochromatique directionnel78
- 4.2.2 Expression générale du flux monochromatique hémisphérique79
- 4.2.3 Expression du flux monochromatique hémisphérique dans le cas d'un rayonnement isotrope80
- 4.2.4 Flux radiatif ; vecteur flux radiatif81
- 4.3 Équilibre thermique et propriétés radiatives82
- 4.3.1 Absorptivité et réflectivité monochromatiques directionnelles82
- 4.3.2 Rayonnement d'équilibre83
- 4.3.3 Émissivité monochromatique directionnelle84
- 4.3.4 Loi fondamentale du rayonnement thermique85
- 4.3.5 Cas particuliers usuels85
- 4.4 Propriétés du rayonnement d'équilibre87
- 4.5 Modèles simples de transfert radiatif89
- 4.5.1 Corps opaque convexe isotherme entouré par un corps noir isotherme89
- 4.5.2 Corps opaque convexe de petite dimension et isotherme placé dans une enceinte en équilibre thermique90
- 4.5.3 Conditions de linéarisation du flux radiatif91
- 4.5.4 Extension au cas de milieux transparents par bandes92
- 4.5.5 Exercices d'application94
- Exercice 4.1. Mesure par thermocouple de la température d'un gaz94
- Exercice 4.2. Étude thermique d'une ampoule à incandescence96
- 4.6 Métrologie radiative ; pyrométrie bichromatique99
- 4.7 Méthode générale de traitement du transfert radiatif entre corps opaques101
- 4.7.1 Expression du flux radiatif101
- 4.7.2 Exemple de calcul direct : intérêt des écrans radiatifs103
- 4.7.3 La méthode des flux incidents et partants104
- 4.7.4 Exercice d'application107
- Exercice 4.3. Étalon de luminance - corps noir107
- 4.7.5 Propriétés des facteurs de forme110
- 4.7.6 Exercice d'application112
- 4.8 Généralisation de la méthode114
- Exercice 4.4. Structure isolante en cryogénie112
- 4.8.1 Généralisation au cas de parois partiellement transparentes114
- 4.8.2 Généralisation au cas de rayonnement(s) incident(s) directionnel(s)117
- Chapitre 5. Introduction aux transferts convectifs 119
- 5.1 Bilan d'énergie pour un système indéformable120
- 5.1.1 Système matériel120
- 5.1.2 Premier exemple d'application : une filière120
- 5.1.3 Système ouvert à frontières fixes en régime stationnaire122
- 5.1.4 Retour sur l'exemple de la filière123
- 5.1.5 Exemple 2 : interface solide-liquide, front de fusion123
- 5.2 Bilan d'énergie pour un système fluide monophasique125
- 5.2.1 Théorèmes de transport125
- 5.2.2 Bilan d'énergie (approche simplifiée)127
- 5.3 Applications simples : transferts dans une conduite ; échangeurs de chaleur130
- 5.3.1 Hypothèses simplificatrices130
- 5.3.2 Bilan d'énergie en régime stationnaire131
- 5.3.3 Exercice d'application133
- Exercice 5.1. Performances comparées d'échangeurs de chaleur133
- 5.4 Analyse dimensionnelle en convection forcée138
- 5.4.1 Notion élémentaire de viscosité139
- 5.4.2 Nombres caractéristiques clés140
- 5.4.3 Interprétation physique des nombres caractéristiques142
- 5.4.4 Notion de similitude en convection forcée145
- 5.4.5 Transition entre régimes laminaire et turbulent145
- 5.5 Convection forcée externe148
- 5.5.1 Convection forcée externe laminaire148
- 5.5.2 Convection forcée externe turbulente151
- 5.5.3 Exercice d'application155
- Exercice 5.2. Refroidissement d'une plaque155
- 5.6 Convection forcée interne156
- 5.6.1 Convection forcée interne laminaire156
- 5.6.2 Convection forcée interne turbulente160
- 5.6.3 Comparaison entre les transferts turbulents le long d'une plaque et dans un tube1162
- 5.6.4 Autres écoulements internes ; notion de diamètre hydraulique165
- 5.6.5 Exercice d'application166
- Exercice 5.3. Écoulement dans un tube166
- 5.7 Convection naturelle externe167
- 5.7.1 Analyse dimensionnelle en convection naturelle externe le long d'une plaque verticale169
- 5.7.2 Transition entre régimes laminaire et turbulent le long d'une plaque verticale 172
- 5.7.3 Principaux résultats pratiques de convection naturelle externe173
- 5.7.4 Exercice d'application175
- Exercice 5.4. Chauffage d'une pièce175
- 5.8 Convection naturelle interne176
- 5.8.1 Exercice d'application176
- Exercice 5.5. Lame d'air d'un double vitrage176
- 5.9 Convection mixte : compétition entre convection forcée et convection naturelle177
- Problèmes de Synthèse de la Partie 1 179
- 1 Circuit de refroidissement d'un moteur fusée cryogénique179
- 2 Thermique élémentaire d'un réacteur à neutrons rapides182
- 3 Dimensionnement d'un capteur solaire thermique187
- 4 Effet de serre atmosphérique193
- Partie2
- Transferts thermiques avancés
- Chapitre 6. Rayonnement des milieux semi-transparents 199
- 6.1 Échanges d'énergie avec le système matériel200
- 6.1.1 Émission, absorption, diffusion200
- 6.1.2 Puissance radiative, flux radiatif201
- 6.2 Caractérisation d'un milieu absorbant204
- 6.2.1 Absorption204
- 6.2.2 Émission et auto-absorption206
- 6.2.3 Puissance radiative volumique (milieu absorbant et diffusant)207
- 6.3 Interactions à longue portée (milieux absorbants)207
- 6.3.1 Équation de Transfert Radiatif (formulation intégrale)209
- 6.3.2 Conditions aux limites210
- 6.3.3 Théorème de réciprocité214
- 6.3.4 Milieux absorbants optiquement minces215
- 6.3.5 Modèle approché de Hottel219
- 6.4 Interactions à courte portée (milieux absorbants)222
- 6.4.1 Équation de transfert radiatif (formulation différentielle)223
- 6.4.2 Loi de Fourier radiative223
- 6.4.3 Validité de la loi de Fourier radiative225
- 6.5 Milieu absorbant et diffusant, homogène et isotrope226
- 6.5.1 Caractérisation d'un milieu absorbant et diffusant226
- 6.5.2 Généralisation du théorème de réciprocité230
- 6.5.3 Interactions à longue portée, équation de transfert radiatif intégrale232
- 6.5.4 Interactions à courte portée, loi de Fourier233
- 6.6 Milieux anisotropes, Milieux poreux237
- 6.6.1 Milieux semi-transparents anisotropes237
- 6.6.2 Homogénisation statistique des phases d'un milieu poreux238
- 6.7 Approche numérique des transferts radiatifs240
- 6.7.1 Méthodes déterministes241
- 6.7.2 Méthode statistique de Monte-Carlo246
- 6.8 Exercices d'application du Chapitre 6252
- Exercice 6.1. Sphère absorbante homogène et isotherme252
- Exercice 6.2. Mur plan absorbant homogène et isotherme253
- Exercice 6.3. Mur plan absorbant hétérogène et anisotherme254
- Exercice 6.4. Obtention directe de la loi de Fourier257
- Exercice 6.5. Modèle de milieu poreux diffusant simplifié à deux flux258
- Chapitre 7. Propriétés radiatives des milieux 261
- 7.1 Propriétés radiatives des milieux denses262
- 7.1.1 Milieux denses non diffusants dans des conditions de laboratoire262
- 7.1.2 Propriétés radiatives d'une assemblée de particules265
- 7.1.3 Matériaux réels271
- 7.2 Propriétés radiatives des gaz276
- 7.2.1 Approche raie par raie277
- 7.2.2 Les phénomène de corrélations spectrales281
- 7.2.3 Modèle statistique à bandes étroites283
- 7.2.4 Modèle CK288
- 7.2.5 Modèles globaux292
- 7.2.6 Comparaison entre modèles approchés294
- 7.2.7 Abaques de Hottel294
- Chapitre 8. Équations générales de la convection (fluide monophasique) 297
- 8.1 Équations de bilan pour un fluide homogène297
- 8.1.1 Dépendance en température et pression des grandeurs thermophysiques297
- 8.1.2 Bilan de quantité de mouvement298
- 8.1.3 Bilan d'énergie300
- 8.2 Équations de bilan pour un fluide hétérogène303
- 8.2.1 Bilan de masse d'une espèce304
- 8.2.2 Bilan d'une grandeur relative à une espèce s306
- 8.2.3 Bilan d'énergie d'un fluide monophasique hétérogène306
- 8.3 Équations de bilan adimensionnées (transformations isovolumes)308
- 8.3.1 Convection thermique308
- 8.3.2 Convection avec transfert de masse311
- 8.4 Analogie entre transferts thermiques et transferts massiques313
- 8.4.1 Grandeurs et échelles caractéristiques en diffusion d'espèces313
- 8.4.2 Principaux nombres caractéristiques en convection314
- 8.4.3 Conclusion : usage des analogies en convection316
- 8.5 Couches limites en convection forcée externe laminaire317
- 8.5.1 Approximation de la couche limite317
- 8.5.2 Solution par la méthode intégrale319
- 8.6 Couches limites en convection naturelle externe laminaire321
- 8.7 Convection forcée interne laminaire322
- 8.7.1 Établissement du régime mécanique dans une conduite323
- 8.7.2 Établissement du régime thermique dans une conduite325
- 8.8 Convection naturelle interne laminaire328
- Chapitre 9. Transferts turbulents 329
- 9.1 Équations de bilan et échelles caractéristiques330
- 9.1.1 Équations locales instationnaires de bilan330
- 9.1.2 Équations statistiques de bilan en turbulence331
- 9.1.3 Échelles mécaniques caractéristiques de la turbulence334
- 9.1.4 Échelles caractéristiques thermiques et scalaires339
- 9.1.5 Cascade énergétique340
- 9.2 Écoulement turbulent au voisinage d'une paroi341
- 9.2.1 Contrainte totale r/0(343
- 9.2.2 Flux surfacique thermique radial total344
- 9.2.3 Structure de l'écoulement346
- 9.2.4 Cas d'un fluide de masse volumique variable352
- 9.2.5 Couplages avec le rayonnement352
- 9.2.6 Structure d'un écoulement turbulent dans une autre géométrie353
- 9.3 Les différentes voies de modélisation353
- 9.3.1 Simulation numérique directe de la turbulence354
- 9.3.2 Méthodes fondées sur des équations statistiques de bilan et la diffusion turbulente356
- 9.3.3 Simulation des grandes échelles de la turbulence363
- Chapitre 10. Bases physiques des transferts thermiques 365
- 10.1 Fonction de distribution des vitesses, Luminance, Flux366
- 10.1.1 Fonctions de distribution des vitesses367
- 10.1.2 Vitesses et énergies macroscopiques368
- 10.1.3 Flux de diffusion369
- 10.1.4 Flux radiatif et luminance373
- 10.2 Équilibre Thermodynamique Parfait374
- 10.2.1 Équilibre thermodynamique parfait du système matériel375
- 10.2.2 Équilibre thermodynamique parfait du champ de rayonnement, loi de Planck376
- 10.2.3 Interprétation physique de la loi de Planck (modèle d'Einstein)377
- 10.3 Équations d'évolution379
- 10.3.1 Équation d'évolution de la distribution des vitesses379
- 10.3.2 Équation de transfert du rayonnement pour un gaz386
- 10.4 Équilibre Thermodynamique Local et flux de diffusion388
- 10.4.1 Système matériel389
- 10.4.2 Exercice d'application394
- Exercice 10.1. Modèle grossier de viscosité et conductivité thermique394
- 10.4.3 ETL et solution de perturbation pour le champ de rayonnement397
- 10.5 Non équilibre du système matériel : nanosystèmes et milieux raréfiés398
- 10.5.1 Conditions de Non équilibre398
- 10.5.2 Exercice d'application400
- Exercice 10.2. Régime ballistique d'une assemblée de particules400
- Complément A. Quelques méthodes mathématiques de la diffusion 405
- A.1 Utilisation de la transformation de Laplace405
- A.2 Utilisation de la méthode de séparation des variables409
- A.3 Utilisation de la fonction de Green en conduction410
- Complément B. Fonctions et équations usuelles 416
- B.1 Fonctions d'erreur (conduction instationnaire)416
- B.2 Fonctions intégro-exponentielles (rayonnement)417
- B.3 Tenseurs usuels en transferts (convection) 417
- B.4 Équations utiles en convection (coordonnées cartésiennes et cylindriques)423
- Complément C. Corrélations de convection 426
- C.1 Convection forcée externe426
- C.1 .1 Écoulement parallèle à une paroi plane (ou à une paroi de faible courbure)426
- C.1.2 Écoulement perpendiculaire à l'axe d'un cylindre de section circulaire428
- C.1.3 Écoulement impactant une sphère428
- C.1.4 Autres configurations428
- C.2 Convection forcée interne428
- C.2.1 Tube de section circulaire428
- C.2.2 Plaques parallèles431
- C.2.3 Autres cas432
- C.3 Convection naturelle externe432
- C.3.1 Paroi verticale plane432
- C.3.2 Paroi plane inclinée434
- C.3.3 Paroi horizontale plane434
- C.3.4 Cylindre isotherme vertical435
- C.3.5 Cylindre horizontal435
- C.3.6 Sphère435
- C.3.7 Autres cas435
- C.4 Convection naturelle interne435
- C.4.1 Enceinte rectangulaire bidimensionnelle, infinie dans une direction horizontale435
- C.4.2 Autres cas436
- Complément D. Quelques propriétés thermophysiques (conduction et convection) 437
- D.1 Gaz à pression atmosphérique437
- D.2 Liquides441
- D.3 Solides444
- Complément E. Quelques données radiatives 446
- E.1 Rayonnement d'équilibre446
- E.2 Quelques facteurs de forme448
- E.3 Emissivités totales des gaz449
- Complément F. Données diverses 451
- F.1 Conversions d'échelles de température451
- F.2 Conversions d'unités diverses451
- Bibliographie452
- Index461
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Origine de la notice:
- FR-751131015 ;
- Electre
-
Disponible - 621.61 TAI
Niveau 3 - Techniques
