Thermodynamique et énergie

Résumé du document

Ce document traite de l'aspect énergétique de la thermodynamique. Il se décompose en trois grandes parties. Dans la première (Bilans énergétiques), on rappelle tout d'abord les grandeurs thermodynamiques utilisés puis les différents types de bilans sont présentés. Dans la seconde partie sur les transferts thermiques, on donnne quelques généralités sur les processus des transferts thermiques avant d'introduire la notion de flux de chaleur. Puis on détaille la conduction, la convection et le rayonnement. Enfin, dans la troisième partie sur les échangeurs de chaleurs, on apprend à dimensionner un échangeur de chaleur avant d'en préciser la technologie.

Extraits

[...] La majorité des liquides et des solides sont des corps opaques. Un corps opaque ou partiellement transparent émet spontanément de l'énergie sous forme de rayonnement. On comprend donc que le problème du rayonnement thermique est de considérer pour chaque corps l'aspect émetteur et l'aspect récepteur (un corps reçoit un rayonnement émis ou réfléchi par un autre corps). Absorption et émission Un corps qui absorbe complètement les radiations qu'il reçoit est un corps appelé corps noir. Il ne réfléchit aucun rayonnement. [...]

[...] La référence choisie arbitrairement est l'eau à l'état liquide à 0 DIAGRAMME ENTHALPIQUE DE L'EAU enthalpie (kJ/kg) température eau bouillante vapeur saturante 3 remarque: On définit les termes suivants: vapeur d'eau saturée humide (vapeur d'eau saturante): vapeur d'eau en présence de liquide sous une pression correspondant à la pression de vapeur saturante. C'est classiquement le cas de la chaudière. vapeur d'eau saturée sèche: vapeur d'eau à la pression Il faut supposer que la vapeur d'une chaudière ait été extraite jusqu'à pouvoir faire disparaître tout le liquide. [...]

[...] Les coefficients de convection avec changement d'état sont meilleurs que dans le cas d'une convection forcée sans changement d'état. Dans cette étude on retiendra qu'on obtient des corrélations dépendant des paramètres suivants pour le coefficient de convection côté vapeur: propriétés thermiques de la vapeur: λ , lc (chaleur latente de condensation) propriétés d'écoulement de la vapeur: ρ, µ et g vitesse de la vapeur surface refroidissante: L (hauteur des tubes si le faisceau est vertical) ou D (diamètre des tubes si le faisceau est horizontal) différence de température entre la température de condensation des vapeurs et la moyenne des températures de paroi entre les deux extrémités des tubes. [...]

[...] Il est alors possible d'étudier le problème du calcul des pertes thermiques d'un four suivant. On calcule alors le flux de chaleur total échangé entre un fluide froid (air ambiant) et une paroi chaude. Cet exemple est facile à traiter car les températures à considérer sont les mêmes pour la convection (conduction dans la couche limite) et le rayonnement puisque le rayonnement d'un solide s'effectue à partir de sa surface à la température θp et que l'air est un milieu homogène en température égale à θm. [...]

[...] RAYONNEMENT Généralités Pratiquement tous les corps (gaz, liquide ou solide) émettent un rayonnement électromagnétique. Ces radiations qui transportent de l'énergie peuvent se propager dans le vide: leur propagation suit les mêmes lois que celle de la lumière (vitesse identique, réflexion, réfraction, transmission, absorption). Les longueurs d'onde considérées dans le rayonnement thermique sont surtout dans l'infra-rouge entre 1 et 20 µm. Lorsqu'un rayonnement incident atteint un corps, celui-ci réfléchit une partie du rayonnement Une partie est transmise si le corps est partiellement transparent tandis que le reste de l'énergie du rayonnement incident est absorbé par le corps (α). [...]