Cours Diffusion Thermique
Cours de thermodynamique Thermodynamique Diffusion thermique. Diffusion de particules. Le code python pour la marche au hasard 1D. Logiciel de tracé des diagrammes (P, h) et (T, s). Le logiciel gratuit Coolpack est celui que j'ai utilisé en cours. Il fait beaucoup plus que le tracé des diagrammes indiqués, mais est par contre limité aux seuls fluides utilisés dans les technologies de réfrigération/climatisation. Utiliser le sous-programme "Refrigeration Utilities" devrait vous suffire. Je donne ci-dessous les fichiers des diagrammes distribués en cours et/ou en exercices; les fichiers "Coolplot" sont privilégier pour une utilisation avec le logiciel Coolplot (très pratique pour mesurer les coordonnées des différents points à la souris); il est possible aussi de télécharger les fichiers image mais pour une impression sur papier et une utilisation purement graphique. Eau: diagramme (P, h) Coolplot JPG Eau: diagramme (T, s) Coolplot 1, 1, 1, 2-tétrafluoroéthane: diagramme (P, h) Coolplot 1, 1, 1, 2-tétrafluoroéthane: diagramme (T, s) Coolplot JPG
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2)a) On considère un fluide en mouvement (par exemple de la gauche vers la droite). On définit un système qui regroupe la masse fluide enfermée dans une surface fermée. La surface se déplace avec le fluide (en effet, tout point F de la surface a la même vitesse que le fluide en ce point). Le système est donc de masse constante. En réalité, il n'y a pas d'échanges de matière à l'échelle macroscopique alors que ce n'est pas le cas à l'échelle microscopique. Les particules sortent et entrent de la surface fermée de façon compensée (... ) Sommaire I) Les différents modes de transferts thermiques A. Équilibres thermodynamiques B. Diffusion et généralités C. Les différents modes de transfert thermique D. Loi de Fourier E. Phénomène conducto-convectif II) Équation de diffusion thermique A. Etablissement de l'équation B. Exemple sur un problème à une dimension III) Conditions aux limites A. Conditions aux limites de Dirichlet B. Conditions aux limites de Neumann C. Conditions aux limites de Fourier IV) Diffusion thermique en régime indépendant du temps A.
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Résumé du document Equilibre Thermodynamique Parfait (E. T. P): Un système est dit en E. P si, au sein de celui-ci, il y a une uniformité des grandeurs intensives qui caractérisent son état. (Grandeurs intensives: Température, Pression... ) 1) b) Equilibre Thermodynamique Local (E. L): - Il s'agit dans ce chapitre d'étudier des systèmes hors équilibre; et ainsi d'envisager les différents mécanismes qui tendent à faire retourner le système vers l'équilibre. - Dans la suite du chapitre, on supposera qu'il existe un déséquilibre faible. L'hypothèse de l'ETL est alors légitime: on peut décrire localement le système comme s'il était à l'équilibre thermodynamique. [... ] - Le système physique est alors le siège de transformations inversibles auxquelles sont associés des transferts de grandeurs physiques (notamment de la création d'entropie). On prendra pour exemples: - le gradient de température et le transfert de molécules d'une espèce donnée - le gradient de température et le transfert d'énergie - le gradient de potentiel et les courants électriques 2 Diffusion et généralités: Dans cette partie, nous allons introduire la notion de diffusion thermique à l'aide d'exemples d'autres phénomènes de diffusion.
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Pour la résolution d'une équation aux dérivées partielles, on ne procède pas de la même façon. On cherche une solution particulière en exploitant les conditions aux limites. ] [... ] Activité Evaluation de la conductivité thermique d'un gaz dilué. Présentation d'un modèle simple. On suppose que la température ne varie qu'en fonction de l'altitude. On se donne ainsi une température augmentant dans le sens des z positifs. Il s'agit ici d'un problème à une dimension. On envisage ici le transfert d'énergie cinétique. On considère que les molécules ont les mêmes caractéristiques. Notons υ le nombre de molécule par unité de volume. ( densité particulaire) 1/3 des molécules se déplacent selon Ox 1/3 Oy 1/3 Oz Mais, pour la résolution du problème, on s'intéressera à celles qui se déplacent suivant Oz. ] Dans le reste du chapitre, on s'intéressera quasi-exclusivement au phénomène de diffusion thermique. 3_Les différents modes de transfert thermique: La conduction thermique: C'est un des trois modes de transfert thermique.
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1 ci-dessous. Il y a grossièrement un facteur 10 entre la conductivité thermique des gaz et des liquides et un facteur 100 entre celle des liquides et celle des solides. On observe cependant de grandes variations de cette propriété en fonction de la nature du corps. Composé Température (°C) Conductivité thermique (W. K -1) Cuivre (solide) 0 386, 12 Cuivre (solide) 100 379, 14 Fer (solide) 20 73, 27 Eau liquide (1bar) 20 0, 598 Eau liquide (1 bar) 100 0, 682 Vapeur d'eau (1 bar) 100 0, 0245 Vapeur d'eau (1 bar) 500 0, 0673 Air 20 0, 02512 Air 100 0, 0307 7/32
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Par exemple, on impose le flux surfacique en x=0 (par convection, par rayonnement ou les deux): on considère alors que le flux qui pénètre dans le mur à travers le plan x=0 est fixé (constant). ] ( Grandeurs intensives: Température, Pression) Equilibre Thermodynamique Local (E. L): Il s'agit dans ce chapitre d'étudier des systèmes hors équilibre; et ainsi d'envisager les différents mécanismes qui tendent à faire retourner le système vers l'équilibre. Dans la suite du chapitre, on supposera qu'il existe un déséquilibre faible. Ainsi, on pourra introduire en chaque point, et à chaque instant, les champs ρ(M, caractérisant, de manière locale, la pression, la température, la masse volumique. ]
Le transfert thermique δQ éch échangé entre deux systèmes s'écrit δQ éch = Φ q × dS × dt où: ➜ dS est l'aire de la surface à travers laquelle se fait l'échange; ➜ dt est la durée de l'échange; Flux traversant une surface dA ⃗⃗⃗⃗⃗ ➜ δQ éch ≷ 0 est le flux surfacique thermique en W. m −2, c'est un flux surfacique de puissance algébrique. ✧ Parfois δQ est noté δ 2 Q pour insister sur le fait qu'il provient de deux infiniment petits de nature différentes (un d'espace et un de temps). ✧ Cette relation impose le fait que le transfert thermique est proportionnel à la surface d'échange et à la durée d'échange. 4) Loi de Fourier Cette loi, établie expérimentalement par Fourier, est de nature phénoménologique comme le sont les lois d'Ohm et de Fick. C'est donc une loi constitutive et non structurelle. Elle traduit, à l'approximation linéaire, la proportionnalité du courant volumique thermique J⃗⃗⃗⃗⃗ th (M, t)et du gradient de la température T(M, t), ce que l'on écrit sous la forme: J⃗⃗⃗⃗⃗ th (M, t) = −λgrad ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ T(M, t) avec λ conductivité thermique où: J⃗⃗⃗⃗⃗ th est le vecteur densité surfacique de courant thermique en volume.