Exam transfert thermique LP

Examen de Transfert Thermique LP VERTE

Année 2012-2013 

Une page A4 recto-verso préparée à l’avance est autorisée. La durée de l’examen est de 1h30.

1.        Questions diverses

(a)        Dans une pièce sans fenêtres, la température peut-elle être uniforme ?

(b)        Quand du vent chaud souffle sur une plaque mouillée horizontale, quelle partie de la plaque va sécher en premier : celle du côté où le vent souffle ou celle à l’opposé ?

(c)        Pourquoi quand on s’éloigne d’une flamme, on a moins chaud alors qu’elle rayonne toujours et que la densité de flux émise est constante ?

2.        Mur avec deux matériaux

On considère un mur composé de deux couches de matériaux (voir figure 1). On connaît les températures des parois extérieures =40, =20, la conductivité des deux matériaux =5 W⋅mKet =10 W⋅mKet l’épaisseur des deux couches =10 cm et =5 cm.

(a)        La surface du mur S étant de 1 m, calculer le flux total traversant le mur.

(b)        Calculer la température  de contact entre les deux couches de matériaux.

(c)        On considère à présent un mur composite, formé des deux mêmes matériaux juxtaposés (voir figure 2). Calculer le flux total de chaleur traversant le mur, sachant que =0,75 m, =0,25 m et .

[pic 1] 

Fig. 1: Schéma du mur à deux couches.

[pic 2] 

Fig. : Schéma du mur composite.

3.        Plaque avec convection

On considère une plaque carrée horizontale (de côté L=1 m), chauffée par en-dessous (voir figure 3),

[pic 3] 

Fig. 3: Schéma de la plaque.

avec une densité surfacique de flux de chaleur ϕ constante. La température supérieure de la plaque est de 204. Un échange convectif par convection naturelle se fait avec l’air ambiant à -50. On cherche à évaluer le flux total de chaleur perdu par la plaque. Le coefficient d’échange convectif global h est donné par la corrélation suivante :

avec  et . Cette corrélation est valable pour . Les propriétés physiques de l’air sont considérées à la température moyenne . On a par ailleurs ,  m/s et  m/s et λ=0,03 W⋅mK.

(a)        Calculer le nombre de Rayleigh et vérifier que la corrélation est bien valable.

(b)        Calculer le coefficient d’échange h.

(c)        Calculer le flux total de chaleur φ traversant la plaque.

(d)        Quelle est la quantité d’énergie E qui traverse la plaque pendant 2 h ?

4.        Plancher chauffant

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