CHAPITRE II
GENERALITES SUR LES ECHANGEURS
II.1. Généralités sur le transfert
de chaleur
Le transfert de chaleur est l'un des modes les plus
connu d'échange d'énergie. Il intervient naturellement entre deux
systèmes de températures différentes et cela quel que soit
le milieu, même vide, qui les sépare. De ce fait, les transferts
thermiques ont, aussi bien dans le domaine des sciences pures que dans celui
des applications technologiques, un rôle souvent essentiel. Ce rôle
devient même déterminant lorsqu'il est à l'origine des
techniques utilisées (échangeurs, moteurs thermiques,
calorifugeage, utilisation de l'énergie solaire,...) [6].
II.2. Différents modes de transferts de
chaleur
Le transfert de chaleur peut être défini
comme la transmission de l'énergie d'une région a une autre sous
l'influence d'une différence de température, il est régi
par une combinaison de loi physique [6].
Il existe trois modes de transfert de chaleur : la
conduction, la convection et le rayonnement
Bien que les trois processus puissent avoir lieu
simultanément, l'un des mécanismes est généralement
prépondérant. [7]
La conduction : C'est le transfert de chaleur au sein
d'un milieu opaque, sans déplacement de matière, sous l'influence
d'une différence de température. La propagation de la chaleur par
conduction à l'intérieur d'un corps s'effectue selon deux
mécanismes distincts : une transmission par les vibrations des atomes ou
molécules et une transmission par les électrons
libres.[8]
La théorie de la conduction repose sur
l'hypothèse de Fourier : le flux est proportionnel au gradient de
température :
(I)= - k A dT/dx (II.1)
Cette équation est donnée dans le cas ou k
est une constante.
Avec: (I): flux de chaleur
exprimée en (kcal/h).
A: Aire de la section perpendiculaire au flux de chaleur,
exprimée en (m2).
K: Conductivité thermique du solide
exprimée en (kcal/h.m.°C).
dT/dx : Gradient de température dans la section
d'aire A exprimée en (°C/m).
La convection: Les phénomènes de
convection interviennent dans la transmission de la chaleur chaque fois qu'un
fluide se déplace par rapport à des éléments fixes,
lorsque se produit au sein du fluide des courants dus simplement aux
différences de densité résultant des gradients de
température, on dit que la convection est naturelle ou libre par contre,
si le mouvement du fluide est provoque par une pompe ou un ventilateur, le
processus est appelé convection forcée.[ 8]
Le flux de chaleur transféré par convection
entre une paroi et un fluide est donné par :
'b=h.A (Tp-Tf) (II.2)
Avec: h : Coefficient d'échange de chaleur
par convection exprimée en (kcal/h.m2.°C).
A : Aire
de la surface d'échange de chaleur exprimée en
(m2).
(Tp-Tf ): la différence de température de
la paroi et du fluide respectivement (°C).
Rayonnement : C'est le mécanisme par lequel la
chaleur se transmet d'un milieu à haute température vers un autre
à basse température lorsque ces milieux sont
séparés dans l'espace, ce mode de Transfert ne nécessite
pas de support matériel et peut donc s'effectuer dans le vide, en
générale les sources de rayonnement sont des solides et le
rayonnement se fait par la surface. [8]
En conséquence, l'énergie émise par
rayonnement d'une surface A est donnée par l'équation de
Stefan-Boltzmann :
'bR=7r.e.c.T4
.A (II.3)
Avec: 'bR: Énergie
rayonnée exprimée en (Watt).
e: Pouvoir émissif de la surface.
a : Constante de Stefan-Boltzmann qui est égale
à 5,67.10-12W/cm2.K4.
T : Température exprimée en
(°K).
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