Eléments fondamentaux des transferts thermiques

Ce livre traite essentiellement des connaissances de base nécessaires à la compréhension et au traitement des échanges thermiques qui jouent un rôle important dans de très nombreux processus naturels, industriels et domestiques. L?ouvrage est classiquement divisé en trois parties correspondant aux trois mécanismes gouvernant ces échanges : conduction, convection, rayonnement.
Dans chaque partie, après l?exposé des phénomènes physiques et la formulation propre à chaque mode d?échange, on développe les méthodes de détermination des flux de chaleur et des champs de température qui conditionnent ces transferts thermiques. Des configurations et situations spécifiques pouvant servir de modèle à des cas pratiques plus complexes sont particulièrement examinées et des exercices d?application sont proposés.
L?ouvrage est destiné aux étudiants engagés dans des filières scientifiques traitant des échanges thermiques (licence, master, école d?ingénieur?) et également à des techniciens et ingénieurs souhaitant acquérir des connaissances dans le domaine des transferts thermiques.

Introduction
Symboles et notations

Première partie - Conduction

Chapitre 1. Généralités
1.1. Définitions
1.2. Aspects physiques et loi de Fourier
1.3. Conductivité thermique des matériaux
1.4. Equation de conduction. Aspects mathématiques
1.5. Conditions aux limites
Annexe 1. Systèmes de coordonnées et relations générales
Annexe 2. Equation de Boltzmann et loi de Fourier
Annexe 3. Conditions aux limites. Cas monodimensionnel
Annexe 4. Propriétés thermophysiques de l’air
Exercices du Chapitre 1

Chapitre 2. Conduction monodimensionnelle en régime permanent
2.1. Conduction en géométrie plane
2.2. Notion de résistance thermique
2.3. Le mur composite
2.4. Cas particuliers
2.5. Conduction en géométrie cylindrique
2.6. Conduction en géométrie sphérique
2.7. Conduction avec source de chaleur
2.8. Configuration des surfaces d’échange. Les ailettes
Exercices du Chapitre 2

Chapitre 3. Conduction bidimensionnelle en régime permanent
3.1. Méthode des images
3.2. Méthode de séparation des variables
3.3. Généralisation. Développement en série de fonctions propres
Annexe. Fonctions propres du Laplacien
Exercices du Chapitre 3

Chapitre 4. Conduction en régime instationnaire
4.1. Régimes transitoires
4.2. Régimes variables
Annexe. Rappels mathématiques
Exercices du Chapitre 4

Chapitre 5. Méthode des différences finies
5.1. Equations pour un nœud interne
5.2. Equations aux frontières extérieures
5.3. Equations aux frontières intérieures
5.4. Méthodes explicites
5.5. Méthodes implicites
5.6. Méthode des directions alternées
Annexe 1. Application de la méthode explicite. Le mur
Annexe 2. Application de la méthode implicite. L’ailette

Deuxième partie - Convection

Chapitre 1. Généralités
1.1. Introduction
1.2. Equations de bilan
1.3. Aspects physiques des équations. Nombres sans dimension
1.4. Analyse dimensionnelle
Annexe 1. Tenseur des contraintes et modélisation
Annexe 2. Autres formes de l’équation de convection
Annexe 3. Cas des mélanges homogènes
Exercices du Chapitre 1

Chapitre 2. Ecoulements externes en convection forcée
2.1. Généralités sur la couche limite
2.2. La couche limite laminaire
2.3. La couche limite turbulente
2.4. Généralisation
Annexe 1. Cas des métaux liquides
Annexe 2. Transfert de masse
Annexe 3. Lois de vitesse moyenne à la paroi
Exercices du Chapitre 2

Chapitre 3. Ecoulements internes en convection forcée
3.1. Ecoulements dans les conduites. Régime laminaire
3.2. Ecoulements dans les conduites. Régime turbulent
Annexe 1. Pertes de charge dans les conduites
Annexe 2. Analogie de Von Karman
Exercices du Chapitre 3

Chapitre 4. Application. Les échangeurs de chaleur
4.1. Types d’échangeurs de chaleur
4.2. Calcul d’un échangeur
4.3. Méthode de l’efficacité
4.4. Convection avec changement de phase
Exercices du Chapitre 4

Chapitre 5. La convection naturelle
5.1. Equations générales et adimensionnement
5.2. Convection naturelle en milieu ouvert
5.3. Convection naturelle en milieu confiné
5.4. Convection mixte
Annexe. Corrélations usuelles en convection naturelle
Exercices du Chapitre 5

Troisième partie - Rayonnement

Chapitre 1. Le rayonnement thermique
1.1. Introduction
1.2. Grandeurs caractéristiques
1.3. Lois du rayonnement thermique. Le corps noir
1.4. Propriétés radiatives des corps réels
Annexe 1. Loi de Planck
Annexe 2. Emissivité de quelques matériaux
Annexe 3. Grandeurs totales et monochromatiques
Exercices du Chapitre 1

Chapitre 2. Transferts radiatifs entre surfaces opaques
2.1. Formulation générale
2.2. Transferts radiatifs entre surfaces noires
2.3. Transferts radiatifs entre surfaces grises et opaques. Méthode de Poljack
2.4. Transferts radiatifs entre surfaces diffuses isotropes. Méthode de Gebhart
2.5. Analogie électrique
2.6. Transferts radiatifs dans des enceintes à parois à émission diffuse et à réflexion
2.7. Notions de base sur l »application de la méthode de Monte-Carlo
Annexe 1. Facteurs de forme géométrique de rayonnement
Annexe 2. Fraction de rayonnement
Exercices du Chapitre 2

Chapitre 3. Transferts radiatifs à travers les milieux semi-transparents
3.1. Propriétés des milieux semi-transparents
3.2. Atténuation du rayonnement dans un milieu semi-transparent
3.3. Grandeurs monochromatiques et totales
3.4. Equations de transfert radiatif en milieu semi-transparent
3.5. Conservation de l’énergie en milieu semi-transparent
3.6. Transferts radiatifs entre surfaces opaques à travers un milieu semi-transparent
3.7. Conclusions
Annexe 1. Emissivité du gaz carbonique et de la vapeur d’eau
Annexe 2. Epaisseurs de gaz équivalentes vis-à-vis du rayonnement
Exercices du Chapitre 3

Références
Index des matières