Énergie thermique

Cette section traite des transferts thermiques et des systèmes thermodynamiques : conduction, convection, rayonnement et cycles thermodynamiques appliqués aux systèmes industriels.

Domaines couverts

Transferts thermiques

Conduction

Transfert de chaleur au sein d'un milieu solide ou fluide au repos :

\[\varphi = -\lambda \cdot \frac{dT}{dx} \quad \text{(loi de Fourier)}\]

• Résistance thermique de conduction : \(R_{th} = e / (\lambda \cdot S)\)
• Mur multicouche, cylindre creux, sphère
• Ailettes de refroidissement : efficacité et rendement

Convection

Échange entre une surface solide et un fluide en mouvement :

\[\varphi = h \cdot S \cdot (T_s - T_f) \quad \text{(loi de Newton)}\]

• Convection naturelle et forcée
• Coefficient d'échange \(h\) : nombres de Nusselt, Reynolds, Prandtl
• Échangeurs de chaleur : co-courant, contre-courant, méthode NUT-\(\varepsilon\)

Rayonnement

\[\varphi = \varepsilon \cdot \sigma \cdot S \cdot T^4 \quad \text{(loi de Stefan-Boltzmann)}\]

• Émissivité et corps noir, facteur de forme entre surfaces

Thermodynamique des systèmes

• Premier principe : \(\Delta U = W + Q\), enthalpie \(H = U + PV\), chaleurs massiques \(c_p\), \(c_v\)
• Deuxième principe : entropie, irréversibilités, rendement de Carnot \(\eta = 1 - T_f/T_c\)
• Exergie et analyse exergétique des systèmes

Cycles thermodynamiques appliqués

Cycle	Application	Rendement typique
Rankine	Centrale vapeur	30–45%
Brayton	Turbine à gaz	25–40%
Hirn	Vapeur surchauffée	35–48%
Cycle frigorifique	PAC, climatisation	COP 2–5

Gestion thermique des systèmes électroniques

• Résistance thermique jonction-boîtier-radiateur
• Caloduc (heat pipe) et chambre à vapeur
• Refroidissement liquide et systèmes Peltier (TEC)