CE TRAVAIL A POUR OBJET L'ANALYSE DU COUPLAGE CONDUCTION-CONVECTION FORCEE EN REGIME THERMIQUE VARIABLE, DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT FLUIDE ENTRE PLAQUES PARALLELES EPAISSES. IL S'AGIT DE PRECISER LA FONCTION DE TRANSFERT OBTENUE POUR UNE EXCITATION PERIODIQUE IMPOSEE A L'ENTREE DU FLUIDE. L'ETUDE COMPREND TROIS PARTIES: LA PREMIERE EST CONSACREE A L'ANALYSE THEORIQUE DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT LAMINAIRE A PLAN DIRECTEUR. LE COUPLAGE EST TRAITE EN ECRIVANT L'EGALITE DES FLUX ET DES TEMPERATURES A L'INTERFACE (CONDITION LIMITE DITE DE TYPE 4). UNE SOLUTION ANALYTIQUE A ETE DEVELOPPEE MOYENNANT L'HYPOTHESE D'UN PROFIL DE VITESSE UNIFORME (SLUG FLOW). CE PROBLEME EST EGALEMENT RESOLU A L'AIDE DU MODELE QUASI-STATIONNAIRE, LE COUPLAGE A L'INTERFACE EST ALORS ASSURE EN INTRODUISANT LA NOTION DE COEFFICIENT DE CONVECTION. LA DEUXIEME PARTIE CONCERNE LA SIMULATION NUMERIQUE D'UN ECOULEMENT FLUIDE EN REGIME LAMINAIRE ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES. LE CHAMP DYNAMIQUE EST CONSIDERE ETABLI PARABOLIQUE. LA REPONSE THERMIQUE EST ETUDIEE EN FONCTION DES DIFFERENTS PARAMETRES DU PROBLEME, TELS QUE LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE ET LES CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES DU FLUIDE ET DU SOLIDE. LE MODELE NUMERIQUE UTILISANT UNE FORMULATION EXPLICITE AUX DIFFERENCES FINIES EST VALIDE PAR RAPPORT A LA SOLUTION EXACTE DEVELOPPEE DANS LA PREMIERE PARTIE. EN REGIME TURBULENT, DES PROFILS CLASSIQUES DE DISTRIBUTION DE VITESSE ET DE VISCOSITE SONT UTILISES DANS UN MODELE PSEUDO-LAMINAIRE. LES RESULTATS SONT ALORS COMPARES A CEUX OBTENUS SIMPLEMENT PAR L'UTILISATION DU NOMBRE DE NUSSELT. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE A L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECOULEMENT D'EAU DANS UN CANAL RECTANGULAIRE DE SECTION 300 X 20 MM#2 ET DE LONGUEUR 3 M. LES PAROIS SONT EN ACIER INOXYDABLE DE 5 MM D'EPAISSEUR. LE FLUIDE ABORDE LE CANAL AINSI DEFINI AVEC UNE TEMPERATURE D'ENTREE EVOLUANT SELON UNE LOI TEMPORELLE PERIODIQUE. ON S'INTERESSE A LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE LONGITUDINALE DANS L'AXE DU CANAL ET A LA PAROI. EN PRATIQUE, NOUS DISPOSONS DE DEUX PARAMETRES, A SAVOIR LE NOMBRE DE REYNOLDS ET LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT CONFRONTES AUX MODELES PRECEDENTS

Ce travail de recherche traite les phénomènes convectifs en régime transitoire et plus particulièrement l’identification du coefficient d’échange convectif sur une plaque plane chauffée et placée dans un canal rectangulaire. Nous avons élaboré deux modèles analytiques : Le premier modèle est fondé sur la résolution de l’équation de propagation de la chaleur dans une plaque par la méthode des fonctions de Green, permettant de déduire de façon rigoureuse l’évolution du flux pariétal pénétrant dans le fluide, puis le coefficient d’échange convectif. Nous constatons que ce coefficient prend des valeurs très importantes au voisinage de puis décroît et tend vers une valeur limite constante en régime permanent proche des valeurs obtenues à partir des corrélations issues de la littérature. Le deuxième modèle, concerne quand à lui la résolution de l’équation de l’énergie dans le fluide dans le cas d’un flux de chaleur appliqué à l’interface solide-fluide en utilisant également la méthode des fonctions de Green. Cette démarche originale permet, connaissant le profil de vitesse dans la couche limite dynamique, de déterminer le profil de température dans tout le fluide et ainsi les températures et la couche limite thermique. Un banc d’essais expérimental a permis d’identifier les conditions limites nécessaires pour les deux modèles analytiques. Dans ce banc d’essais la plaque plane est exposée sur sa face inférieure à un créneau de flux transmis par conduction et pénétrant dans le fluide par la face supérieure sans perturber l’écoulement. Une Caméra Infrarouge installée en regard de la plaque permet d’enregistrer le profil de température sur cette face. Aucun système de mesure de flux n’est installé sur la face supérieure de la plaque ce qui évite de modifier les couches limites thermique et dynamique

L'ETUDE CONSISTE A ANALYSER LES ECHANGES THERMIQUES ET MASSIQUES DECOULANT D'UNE EVAPORATION PAR CONVECTION FORCEE, ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES EN PRESENCE D'UN RUISSELLEMENT D'EAU. L'ETUDE EST ENTREPRISE SOUS SES DEUX ASPECTS: THEORIQUE ET EXPERIMENTAL. LA MODELISATION EST BASEE SUR LES THEORIES DES COUCHES LIMITES DYNAMIQUE ET THERMIQUE COUPLEES AVEC LES CONCEPTS DE TRANSPORT DE MASSE, AU SEIN DU FLUIDE EN ECOULEMENT, POUR UN REGIME DE COUCHES LIMITES LAMINAIRES. LE COUPLAGE DES DEUX PROBLEMES THERMIQUE ET MASSIQUE EST REALISE PAR L'INTERMEDIAIRE DES CONDITIONS A L'INTERFACE EAU-AIR. SUITE A CE MODELE THEORIQUE, UN PROGRAMME DE CALCUL ET DE SIMULATION A ETE DEVELOPPE. POUR UNE GEOMETRIE DE DISPOSITIF ET UNE PUISSANCE DE CHAUFFE DONNEES, ET POUR DES CARACTERISTIQUES D'ENTREE DONNEES, LE PROGRAMME DE SIMULATION DETERMINE TOUTES LES PERFORMANCES DYNAMIQUES ET THERMIQUES. LES RESULTATS ISSUS DE CELUI-CI ONT ETE COMPARES AUX MESURES EXPERIMENTALES. ENFIN, UNE ETUDE EXPERIMENTALE MENEE SUR LES REFRIGERANTS INDUSTRIELS, EN FONCTIONNEMENT HUMIDE, A PERMIS DE MONTRER UNE CERTAINE ANALOGIE ENTRE LES PHENOMENES MIS EN EVIDENCE PAR CES ESSAIS ET PAR LE MODELE THEORIQUE, QUI A ETE DEVELOPPE, POUR LE CAS DU TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES. CETTE APPROCHE A MONTREE L'IMPORTANCE DES PHENOMENES D'EVAPORATION EN CONVECTION FORCEE DANS L'INDUSTRIE.

NOUS PRESENTONS UNE ETUDE DE TRANSFERT DE CHALEUR OU DU COEFFICIENT DE TRANSFERT "SOLIDE-FLUIDE", EN REGIME INSTATIONNAIRE, DANS UN CONDUIT PARCOURU PAR UN ECOULEMENT LAMINAIRE OU TURBULENT, LA FACE EXTERNE DE LA PAROI ETANT SOUMISE A UNE CONDITION DE FLUX "GENERALISEE". ON PROPOSE ALORS UNE APPROCHE ANALYTIQUE POUR L'ETUDE DE L'ASPECT SYSTEME D'UN ECHANGEUR AINSI QU'UNE ETUDE NUMERIQUE PAR DIFFERENCES FINIES RELATIVE AU TRANSFERT LOCAL DE LA CHALEUR EN REGIME INSTATIONNAIRE. LE TRAVAIL EXPERIMENTAL REPOSE SUR LA MISE EN OEUVRE D'UNE PROCEDURE DE DETERMINATION DU COEFFICIENT DE TRANSFERT PAROI-FLUIDE ET DE SES VARIATIONS SPATIO-TEMPORELLES PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE

Transfert de chaleur 1 porte sur la conduction et la convection. Il examine le traitement de la conduction en régime transitoire, élément indispensable pour l’optimisation des procédés et des systèmes ainsi que pour tous les problèmes d’économie d’énergie. Les nombreux exercices résolus permettent d’appréhender l’ensemble des applications, que ce soit dans le domaine du bâtiment, des transports, des matériaux ou de l’environnement. Les annexes contiennent toutes les données nécessaires à la résolution des exercices et seront une source d’information précieuse. Cet ouvrage est conçu pour les étudiants de master et d’école d’ingénieurs qui s’intéressent à tous les aspects des transferts thermiques, mais aussi pour les ingénieurs qui trouveront ici les bases nécessaires à la compréhension de phénomènes apparemment proches (conduction-convection-rayonnement), mais qui demandent une forme de réflexion et d’approche différente.

ETUDES THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DU TRANSFERT DE CHALEUR EN REGIME TRANSITOIRE ENTRE UN FLUIDE ET UNE PAROI

Les transferts thermiques font partie des Sciences de base de l'ingénieur, tant il est vrai qu'il est peu de domaines industriels où la thermique ne joue un rôle petit ou grand. Au minimum, l'ingénieur doit donc en connaître les principes fondamentaux, être capable d'évaluer leur importance dans un problème particulier et dégager les ordres de grandeur par une modélisation simple. Ce livre est le cours de thermique tel qu'il est enseigné aux élèves ingénieurs de l'Ecole des Mines de Paris. Sans prétendre à l'exhaustivité d'un manuel de référence, qui serait plus particulièrement dédié aux ingénieurs thermiciens, ce cours résume de manière claire et condensée les notions principales de la thermique. Ses deux principaux objectifs sont donc : • de faire comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans les échanges énergétiques : conduction, rayonnement, convection • et de savoir mettre en oeuvre des méthodes appropriées pour appréhender le dimensionnement et le fonctionnement de dispositifs énergétiques. Le 1er chapitre de ce cours est harmonisé avec le cours de Thermodynamique également publié aux Presses de l'Ecole des Mines. Le mode de présentation retenu vise à mettre en relief les éléments essentiels à retenir.