TD 05 Convection [PDF]

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3eme Année Génie Electrique Matière : Transfert de chaleur Ecole Supérieure en Génie Electrique et Energétique ESGEE Oran

B. Menacer

Travaux dirigés N°3 : convection forcée et naturelle Exercice 1 : Dans un cylindre de 2,8 cm de diamètre et de 3 m de longueur circule de l'air à la temperature de 195 oC. Le cylindre maintenu à la temperature de 25 oC, reçoit un flux de chaleur égal à 5.5 kW. 1) Déterminer le coefficient de l'échange de chaleur par convection (h). 2) Déduire le nombre de Nusselt de l'écoulement sachant que : λ = 0,026 W/m.oC. 3) Calculer le nombre de Reynolds de l'écoulement. En admettant que : Nu=0.023.Re0.8.Pr0.4, si le nombre de Prandtl est égal à 0,73.

Exercice 2 : Une plaque mince d'une longueur de 3 m et d'une largeur de 1,5 m est sous l'effet d'un écoulement d'air à la vitesse de 2,0 m/s et de temperature de 20 oC, dans la direction longitudinale. La temperature des surfaces de la plaque est de 84 oC. Il est demande de calculer : 1) Le coefficient d'échange de la chaleur par convection suivant la longueur (pour Pr = 0,71) ; 2) Le flux de chaleur transmis par la plaque a l'air. Les caractéristiques de l'air à 20 oC sont : ρ = 1,175 kg/m3, μ=1,8.10-5 kg/m.s, λ = 0,026 W/m.oK et Cp=1006 J/kg.oK. Exercice 3 : Il est demandé de calculer la quantité de flux de chaleur transmise par le passage d'une eau qui se déplace d'une manière forcée dans un serpentin constitue d'un tube de 20 mm de diamètre. Le débit de l'eau est de 0,28 kg/s et sa temperature est de 120 oC. La temperature de la paroi interne de la conduite dont la longueur est de 4 m est considérée constante et égale à 95 oC. Les caractéristiques de l'eau à 120 oC sont : ρ = 945,3 kg/m3, μ = 2,34.10-4 kg/m.s, λ = 0,68 W/m.oK et Cp = 4250 J/kg.oK. Exercice 04 : Un tuyau de diamètre 40mm transporte un débit de 1l/s d'eau à 50°C. Déterminer le flux thermique transmis par convection du fluide vers la paroi, par mètre linéaire de conduite. Les hypothèses : L'alimentation en eau est telle que la température de celle-ci reste constante. La paroi du tube est mince et donc le phénomène de conduction est négligé. La température extérieure du tube est de 15°C. L'écoulement est parfaitement établi (régime permanent dans un tube de grande longueur). La masse volumique à 50°C est de 988 kg/m3. La viscosité dynamique à 50°C est de 0,55.10 -3 Pa.s. La conductivité thermique à 50°C est de 0,639 W/(m.°C). La capacité thermique massique à 50°C est de 4184J/(kg.°C). Exercice 05 : Un barreau plein de cuivre de 1cm de diamètre et de 10cm de long est refroidit en le balayant par un courant d'Hélium, refroidit préalablement à 77K et qui le frappe perpendiculairement avec une vitesse moyenne d'écoulement de 54m/s. La température de paroi du barreau de cuivre s'établit alors à 80K.

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B. Menacer

En déduire le dégagement de chaleur (en W/g) qui se produit dans le barreau de cuivre. Les caractéristiques de l'Hélium, à la température considérée :  = 0,65kg/m3  µ=8,5.10-6 kg/(m.s) Exercice 06 : Le mur d'un bâtiment a 6m de hauteur et 10m de longueur. Sous l’échauffement dû au soleil, sa température extérieur atteint 40°C . La température ambiante étant de 20°C . Calculer la puissance thermique échangée par convection entre le mur et l’extérieur. On donne les propriétés physiques suivantes de l’air, à la température de 30°C   = 1,149 kg / m3  µ = 18,4 .10-6 kg / (m.s)   = 0,0258 W / (m.K)  Cp = 1006 J / (kg.K) Exemple 7 : Devoir de Maison Calculez les pertes de chaleur par unité de temps et par mètre carre de surface d'un échangeur horizontal dont le corps cylindrique est refroidi par un courant d'air libre de temperature 30°C. Le diamètre extrême de la conduite est de 400mm et la temperature de sa paroi 200°C.