UE3 - Transferts thermiques et fluidiques

Chapitre 1.  Introduction et rappels : régimes de convection, loi de Newton, gamme des valeurs de h, facteurs intervenant dans le calcul de h, couche limite,  formulation générale, nombre de Nusselt, grandeurs locales et grandeurs moyennes

Chapitre 2. Convection forcée externe  : Couche limite, plaque plane en régime laminaire, résolution des équations de conservation sous les hypothèses de Prandtl, plaque plane en régime turbulent, écoulement autour d'une nappe de tubes

Chapitre 3. Convection forcée interne : régime établi, longueur d'entrée, écoulement laminaire dans un tube, écoulement turbulent dans un tube

Chapitre 4. Convection naturelle :

• Coefficient de dilatation thermique. Poussée d'Archimède. Nombres de Grashof et de Rayleigh 
• Couche limite. Plaques verticales et horizontales
• Cylindres

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Chapter  1. Introduction : convection regimes, Newton's law, range of h values, factors involved in the calculation of h, boundary layer, general formulation, Nusselt number, local quantities and mean quantities

Chapter 2. External forced convection : Boundary layer, flat plate in laminar regime, resolution of conservation equations in the Prandtl hypothesis, flate plate in turbulent regime, flow around a sheet of tubes

Chapter 3. Internal forced convection :  Fully developed flow regime, inlet length, laminar flow in a tube, turbulent flow in a tube

Chapter 4. Natural convection :

• Coefficient of thermal expansion. Buoyancy force. Grashof and Rayleigh numbers 
• Boundary layer. Vertical and horizontal plates 
• Cylinders

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Introduction aux échangeurs de chaleur

• Introduction

  • Principe des échangeurs de chaleur

  • Classification

• Notions fondamentales sur le transfert de chaleur

  • Résistance thermique

  • Ailettes

• Exercices

  • Moteur

  • Pile à combustible

Différence de température moyenne logarithmique

• Bilan énergétique sur un tube unique

  • Bilan énergétique

  • Calculs sur un tube

• Échangeur de chaleur

  • Bilan énergétique global

  • Échangeur de chaleur à flux parallèles

  • Échangeur de chaleur à contre-courant

L'efficacité – Méthode NTU

• Efficacité

  • Définition

  • Échangeur de chaleur à contre-courant idéal

  • Fonction du côté froid ou chaud

• NTU

  • Définition

  • Exemple d'échangeur de chaleur à flux parallèles

  • Conclusion pour l'échangeur de chaleur à flux parallèles

  • Expressions pour divers types d'échangeurs de chaleur

Grilles d'échangeurs de chaleur

• Introduction

• Architecture en série

  • Architecture ?

  • Rapport de température

  • Efficacité

  • NTU

• Architecture parallèle-série

  • Fluide froid en parallèle et fluide chaud en série

  • Fluide chaud en parallèle et fluide froid en série

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Introduction to Heat Exchangers

• Introduction
  • Heat Exchanger Principles
  • Classification

• Fundamentals of Heat Transfer

  • Thermal Resistance

  • Fins

• Exercises

  • Engine

  • Fuel Cell

Logarithmic Mean Temperature Difference (LMTD)

• Energy Balance on a Single Tube
  • Energy Balance
  • Calculations for a Single Tube

• Heat Exchanger

  • Overall Energy Balance

  • Parallel Flow Heat Exchanger

  • Counter-flow Heat Exchanger

The Effectiveness – NTU Method

• Effectiveness
  • Definition
  • Ideal Counter-flow Heat Exchanger
  • Function of the Cold or Hot Side

• NTU

  • Definition

  • Parallel Flow Heat Exchanger Example

  • Conclusion for Parallel Flow Heat Exchangers

  • Expressions for Various Types of Heat Exchangers

Heat Exchanger Networks

• Introduction

• Series Architecture

  • Architecture?

  • Temperature Ratio

  • Effectiveness

  • NTU

• Parallel-Series Architecture

  • Cold Fluid in Parallel and Hot Fluid in Series

  • Hot Fluid in Parallel and Cold Fluid in Series

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This course consists of 2 parts: 1) Two-phase heat transfer, 2) Matter transfer

1) Two-phase heat transfer 6CM, 4TD, 4TP

• introduction to the physical mechanisms of phase change
• boiling: Nukyama curve, nucleate and film boiling, critical flows, two-phase flows
• condensation: physical mechanisms, laminar and turbulent condensation, flat-plate and tube condensation
• heat exchange intensification, examples of two-phase heat exchangers

2) Mass transfer, 6CM, 4TD, 4TP

• Lecture 1: Mass Transfer
      Introduction
          Objectives
          Bibliography
          Review
      Quantifying Energy and Matter
          Mass and Energy Balances
          Mixture of Components
          Flux Density for Binary Mixtures
          Mass Diffusivity or Diffusion Coefficient
      Fluid Flow Problems
          Definitions
          Expression of Mass Fluxes
          Summary
      Transient Regime
          Formulation
          Heat-Mass Analogy
      Exercise

• Lecture 2: Mass Transfer - Boundary Conditions
      Gas/Liquid Equilibrium
          Henry's Law
          Raoult's Law
      Gas/Solid Equilibrium
          Solubility
          Sorption
          Sorption Isotherm
      Boundary Conditions
          Introduction to the Problem
          Continuity of Variables
• Lecture 3: Heat-Mass Analogies
      Boundary Layer Analogy
          Heat Convection/Mass Convection
          Lewis Number
          Synthesis
      Evaporation
          Convection and Evaporation
          Link between Heat and Mass Fluxes
      Thermal-Mass Equivalence

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Ce cours comprend deux parties : 1) Transfert de chaleur diphasique, 2) Transfert de matière

1) Transfert de chaleur diphasique 6 CM, 4 TD, 4 TP

Introduction aux mécanismes physiques du changement de phase
Ébullition : courbe de Nukyama, ébullition nucléée et en film, écoulements critiques, écoulements diphasiques
Condensation : mécanismes physiques, condensation laminaire et turbulente, condensation sur plaque plane et dans un tube
Intensification des échanges thermiques, exemples d'échangeurs de chaleur diphasiques

2) Transfert de masse, 6CM, 4TD, 4TP

Cours 1 : Transfert de masse
    Introduction
        Objectifs
        Bibliographie
        Révision
    Quantification de l'énergie et de la matière
        Bilans de masse et d'énergie
        Mélange de composants
        Densité de flux pour les mélanges binaires
        Diffusivité de masse ou coefficient de diffusion
    Problèmes d'écoulement des fluides
        Définitions
        Expression des flux de masse
        Résumé
    Régime transitoire
        Formulation
        Analogie chaleur-masse
    Exercice
Cours 2 : Transfert de masse - Conditions aux limites
    Équilibre gaz/liquide
        Loi de Henry
        Loi de Raoult
    Équilibre gaz/solide
        Solubilité
        Sorption
        Isotherme de sorption
    Conditions aux limites
        Introduction au problème
        Continuité des variables
Cours 3 : Analogies chaleur-masse
    Analogie de la couche limite
        Convection thermique/convection de masse
        Nombre de Lewis
        Synthèse
    Évaporation
        Convection et évaporation
        Lien entre les flux thermiques et les flux massiques
    Équivalence thermique-massique

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