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Institut Nationale Supérieur de Technologie Industrielle
Filière : Froid et Climatisation I Durée : 02 H
Examen de Transfert Thermique
Partie 1 : Mobilisation des ressources (4pts)
1. Répondez sur les phrases suivantes par : Vrai ou Faux.
b) La conduction est une transmission de la chaleur dans la matière par vibration moléculaire
e) Dans le mode de transfert par convection, la température se propage par déplacement de matière au
réseau cristallin.
f) Le phénomène de rayonnement est un transfert d’énergie électromagnétique entre deux milieux.
2. On considère le mur ci-dessous de surface S, d’épaisseur e et de conductibilité k, séparant deux fluides
aux températures T1 et T2 avec T1 >T2, les températures des parois sont Tp1 et Tp2 ; h1 et h2 sont
successivement les coefficients de convection des fluides 1 et 2.
En régime permanent écrire les différents flux de chaleur échangés entre le mur et les deux fluides
3. Quelle est la différence entre la convection naturelle et la convection forcée ?
4. Que signifie les termes suivants : Nombre de Nusselt ; Nombre de Reynolds.
Partie 2 : Résolution de problèmes :
Problème 1 : (07 points)
On considère un transfert thermique unidirectionnel et unidimensionnel à travers une plaque
d’épaisseure et de conductivité thermique . La plaque est soumise sur ces faces gauche et droite, à
un contact parfait avec deux milieux maintenus à des températures constantes et uniformes mais
différentes et respectivement.
Pour de nombreux matériaux soumis à des écarts de températures importants, il est nécessaire de tenir
compte de la variation de la conductivité thermique avec la température. Cette variation est donnée,
généralement, par la loi linéaire suivante :
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étant la conductivité thermique évaluée à la tempérauture de référence , qui est dans notre cas égale
à . 1. Déterminer la valeur de la densité de flux thermique traversant la plaque si la conductivité
thermique était considérée constante et égale .
2. Quelle serait la densité de flux thermique transférée au sein de la plaque si la conductivité
thermique est prise variable en fonction de la température.
3. Calculer alors l’erreur, l’erreur commise sur le calcul du flux thermique en considérant une
conductivité thermique constante.
On donne : ; ; ; ;
Problème 2 : (04 points)
L’eau se déplace d'une manière forcée dans un serpentin constitue d'un tube de 20mm de diamètre. Le
débit de l'eau est de 0,28 kg/s et sa température est de 120°C. La température de la paroi interne de la
conduite dont la longueur est de 4 m est considérée constante et égale à 95°C (voir figure 1). Calculer la
quantité de chaleur transmise par le passage de l’eau.
Les caractéristiques de l'eau à 120 °C sont :
Masse volumique : 945,3 kg kg/m3
Conductivité thermique : 0,68 W/(m.K)
Viscosité dynamique : 2,34.10-4 Pa.s
Capacité thermique massique Cp : 4250 J/(kg.K)
Problème 3 : (05 points)
De l’eau s’écoule, avec un débit massique , dans l’espace annulaire d’un échangeur à double tube,
à la température et en ressort à la température . Cette eau est chauffée par la vapeur d’eau
circulant dans un le tube centrale de l’échangeur. Cette dernière, de débit massique , se condense à
la température .
1. Calculer le coefficient d’échange global de transfert thermique rapporté à la surface globale
d’échange S.
2. Déterminer alors le débit massique d’eau chauffée.
Données : ; ; ; ; ;
; longueur caractéristique à ;
FIN
Figure 1
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