Programme
Contenu
1/ Introduction
Introduction de la notion de transfert à partir d'exemples de la vie courante, positionnement et importance de la problématique par rapport aux différentes spécialités de l'EPN1
2/ Transferts thermiques
Présentation des trois modes de transfert
Conduction : description, loi de Fourier, conductivité thermique, résistance de contact
Convection : description, loi de Newton, couche limite thermique, nombres adimensionnels (Nu, Re, Gr, Pr...) et estimation du coefficient de convection thermique
Rayonnement : description, corps noir et corps réel, émissivité, loi de Stefan-Boltzmann, calcul de flux échangés
Association des modes de transfert
Représentation des transferts thermiques réels, association convection(s) et conduction(s), notion de coefficient global de transfert thermique
Échangeurs : principales technologies
Principales technologies d'échangeurs et de leurs domaines d'utilisation, radiateurs / échangeurs à tubes ailettés, échangeurs tubulaires, échangeurs à plaques
Bases pour le calcul des échangeurs de chaleur
Bilan thermique sur un échangeur, profils de température dans des échangeurs simples ; influence du sens de circulation des fluides et d'un éventuel changement de phase. Calcul du flux de chaleur transféré, du coefficient global de transfert, estimation de la surface nécessaire d'un échangeur. Notion de résistance d'encrassement, notion de rendement, de rapport thermique et d'efficacité d'un échangeur et de nombre d'unités de transfert (NUT). Méthode de calcul d'échangeurs plus complexes (méthode du facteur correctif, ? – NUT)
3/ Transferts de matière
Présentation des deux modes de transfert de matière
Diffusion : description, première et seconde lois de Fick, méthodes d'estimation des coefficients de diffusion. Transfert par diffusion et convection : description et bilans
Coefficient de transfert de matière
Introduction de la notion de coefficient de transfert de matière, méthodes d'estimation / corrélations
Transfert de matière entre phases
Théorie du double film, notions de nombre d'unités de transfert (NUT) et de hauteur d'unité de transfert (HUT)
4/ Conclusion
Mise en parallèle des différents transferts : matière, chaleur et quantité de mouvement, lien avec le module "Hydraulique appliquée", notion d'analogie, identification des phénomènes de transfert sur des exemples
Bibliographie
D. RONZE : Introduction au Génie des Procédés
W.L. McCABE, J.C. SMITH : Unit operations of chemical engineering
J.M. COULSON, J.F. RICHARDSON : Chemical Engineering
ULLMANN : Processes and Process Engineering
R.E. TREYBALL : Mass-transfer operations
A.M. BIANCHI Y. FAUTRELLE, J. ETAY : Transferts thermiques
Prérequis
Pour pouvoir suivre dans de bonnes conditions cette UE, il est nécessaire d'avoir le niveau bac scientifique en mathématiques, chimie et physique.
mathématiques (voir UTC101) :
rudiments de géométrie (vecteurs, trigonométrie, équation d'une droite, surfaces et volumes),
résolution d'une équation du second degré,
fonctions logarithme et exponentielle,
dérivation et différentielles, intégrales usuelles, équations différentielles du premier ordre ;
chimie :
notions de mole et de concentration, calcul d'une masse molaire ;
physique :
mécanique du solide (forces, référentiel, vitesse, accélération, loi de Newton, travail d'une force, énergie cinétique, énergie potentielle).
Quelques rappels seront effectués lors de la première séance. En cas de besoin, vous pourrez vous adresser au Centre de ressources et d'appui pédagogique ( Crap) du Cnam Paris pour des séances de remise à niveau.
Il faut en outre avoir acquis quelques savoir-faire de base en génie des procédés :
savoir différencier les opérations continues et discontinues et savoir définir ce qu'est le régime permanent (= stationnaire) ;
savoir écrire un bilan matière sur une installation quelconque en l'absence de réaction ;
savoir manipuler les unités (notamment conversions, contrôle des dimensions, analyse dimensionnelle) et nommer les lettres grecques ;
connaître les rudiments de thermodynamique (énergies, systèmes, enthalpies, énergie libre) et le premier principe de la thermodynamique.
Quelques documents de révision seront mis à disposition.
Il sera enfin utile de connaître l'utilisation d'un tableur pour effectuer des calculs scientifiques simples (avec au minimum l'utilisation des fonctions, de la recopie des formules de calcul avec $ et de l'outil valeur cible) et pour représenter des données sous une forme graphique adaptée.