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.

m : masse du corps concerné en kg Qm : débit massique en kg.s-1 ou 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 par l’eau

Q2 = chaleur cédée par le fer <0

Q1 = m1 x Ceau x (θfinal – θ1) = 0,200 x 4,18 x (θfinal – 50)

Q1 + Q2 = 0 car calorimètre adiabatique

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 Echangeur tubulaire :

Condensateur droit ou liebig Réacteur à double enveloppe ou

réacteur de grignard Serpentin Condensateur total

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