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Séance de cours

Transfert de chaleur transitoire : effets spatiaux

Dans cours

ME-341: Heat and mass transfer

This course covers fundamentals of heat transfer and applications to practical problems. Emphasis will be on developing a physical and analytical understanding of conductive, convective, and radiative heat transfer. ...

Description

Cette séance de cours couvre le transfert de chaleur transitoire avec des effets spatiaux, en se concentrant sur des sujets tels que le modèle de capacité cumulée, les solutions généralisées pour différentes géométries et le chauffage périodique. L'instructeur explique les concepts de nombre Bi, de nombre de Fourier et de refroidissement par convection dans le contexte de la résolution de problèmes de conduction thermique transitoires. La séance de cours traite également de la distribution non linéaire de la température à l'intérieur d'un mur pendant la conduction thermique transitoire. Des exemples pratiques sont fournis pour illustrer l'application de ces concepts dans l'évaluation des processus de refroidissement pour différents matériaux.

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Enseignant·e

Giulia Tagliabue

Dr. Giulia Tagliabue is an Assistant Professor at the Institute of Mechanical Engineering (IGM). She obtained her B.S. and M.S degrees cum laude in Mechanical Engineering from the University of Udine in Italy. Concurrently she also obtained the diploma from the Scuola Normale Superiore of Udine. In 2015 she obtained her PhD in Mechanical Engineering from ETH Zurich with a thesis on nanophotonic design for light-to-heat and light-to-charge conversion devices. In 2015 Dr. Tagliabue was awarded the Early Mobility Fellowship from the Swiss National Science Foundation and moved to Caltech as a PostDoctoral fellow. In 2017, thanks to the award of an Advanced Mobility Fellowship, she prolonged her stay at Caltech. Here, in collaboration with the Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP) she investigated coupled light, heat and charge transfer processes in nanophotonic structures and low-dimensional materials for photoelectrochemical and photovoltaic sustainable energy conversion.

Source officielle

Proximité ontologique

Génie mécanique

Thermal engineering: Climatisation

Concepts associés (32)

Transfert thermique

vignette|alt=Autour d'un feu, des mains reçoivent sa chaleur par rayonnement (sur le côté), par convection (au-dessus de ses flammes) et par conduction (à travers un ustensile en métal).|Les modes de transfert thermique ( en anglais pour « rayonnement »). Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est l'un des modes d'échange d'énergie interne entre deux systèmes, l'autre étant le travail : c'est un transfert d'énergie thermique qui s'effectue hors de l'équilibre thermodynamique.

Conduction thermique

La conduction thermique (ou diffusion thermique) est un mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu, ou entre deux milieux en contact, et se réalisant sans déplacement global de matière (à l'échelle macroscopique) par opposition à la convection qui est un autre mode de transfert thermique. Elle peut s'interpréter comme la transmission de proche en proche de l'agitation thermique : un atome (ou une molécule) cède une partie de son énergie cinétique à l'atome voisin.

Chaleur (thermodynamique)

vignette|Le Soleil et la Terre constituent un exemple continu de processus de chauffage. Une partie du rayonnement thermique du Soleil frappe et chauffe la Terre. Par rapport au Soleil, la Terre a une température beaucoup plus basse et renvoie donc beaucoup moins de rayonnement thermique au Soleil. La chaleur dans ce processus peut être quantifiée par la quantité nette et la direction (Soleil vers Terre) d'énergie échangée lors du transfert thermique au cours d'une période de temps donnée.

Nombre de Fourier

Le nombre de Fourier (Fo) est un nombre sans dimension utilisé couramment en transfert thermique. Ce nombre porte le nom de Joseph Fourier, mathématicien et physicien français. Il est désigné par la lettre grecque τ, ou par Fo. Son expression est : avec : α - Diffusivité thermique (m·s-1) t - Temps auquel on veut calculer le nombre de Fourier (s) L - Longueur caractéristique (m) La longueur caractéristique est calculée de la manière suivante : avec : V - Volume du corps étudié (en mètre cube) S - Surface d'échange (en mètre carré) Le nombre de Fourier est utilisé au cours de problèmes où l'on souhaite étudier un corps placé dans un milieu de température différente.

Loi de refroidissement de Newton

vignette|250px|Graphe de refroidissement (). La loi de refroidissement de Newton, formulée par Isaac Newton, énonce que le taux de perte de chaleur d'un corps est proportionnel à la différence de température entre le corps et le milieu environnant. Cette formulation n'est pas très précise et présuppose un milieu et un corps homogènes ainsi qu'un milieu à température constante. On peut dériver cette loi d'après une décroissance exponentielle. Si est la température du corps, elle vérifie l'équation différentielle : avec une constante positive dépendante du milieu environnant.

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