Advanced Heat Transfer and Energetics (IEN / ME / SEM-ISE / M2-FME) - 5EU5ADHT

Objectif(s)

Le module traite des échanges et transformations d’énergie mettant en jeu des fluides en mouvement. La question est abordée suivant une problématique globale, où l’accent est mis sur la thermodynamique et les processus de transformation d'énergie, et suivant une approche locale, où sont considérés les échanges thermiques par convection naturelle ou forcée, ou par rayonnement entre surfaces.

Les Acquis d'Apprentissages liés à ces différents cours sont :

• Advanced Heat Tranfer (cours en anglais):
  -> Comprendre et modéliser les échanges thermiques par rayonnement
  -> Développer des lois d'échange convectif par analyse d'échelle ou par méthode intégrale
  -> Savoir analyser/dimensionner des systèmes contrôlés par les échanges thermiques convectifs, conductifs et/ou radiatifs

• Thermodynamique des machines :
  -> Comprendre le principe de fonctionnement des turboréacteurs et les évolutions technologiques apportées depuis leur invention
  -> Calculer la poussée générée dans une configuration simple (au point fixe) pour les moteurs simple-flux et double-flux, en faisant les bonnes hypothèses
  -> Analyser et critiquer les performances (en se basant sur la consommation spécifique)
  -> Découvrir les cycles organiques de Rankine, le marché associé et les problèmes techniques associés
  -> Mettre en oeuvre les méthodes graphique, analytique et numérique pour l'étude de tels cycles.

- Hydrogène et cryogénie :

Cours spécifiques à la filière SEM :
- Énergie éolienne :
-> Dimensionner aérodynamiquement un rotor d'éolienne
-> Calculer le coefficient de puissance, de poussée et le facteur de charge et critiquer leurs valeurs.

- Stations de Transfert d'Energie par Pompage (STEP) :
-> Dimensionner une STEP (les différents composants)
-> Calculer le coût du système et l'énergie qui sera produite.

Contenu(s)

Échange thermique par convection et rayonnement :
Phénoménologie: modes d'échange, résistances thermiques et leurs limites, rayonnement avec ou sans milieu participatif, convection naturelle ou forcée, interne ou externe, laminaire ou turbulente.
Radiométrie et corps noir : grandeurs radiométriques , équilibre radiatif et corps noir , loi de Planck
Rayonnement de surfaces: phénoménologie, corps gris/lambertien, lois de Snell, surfaces réelles, facteurs de vue
Milieux participatifs: équation de transfert radiatif, émission/absorption des gaz, diffusion (Rayleigh/Mie)
Rappel des équations de convection, modèles à viscosité turbulente, écoulements incompressibles, approximation de Boussinesq, approximations de couche limite.
Analyse d'échelle, application à ces équations, nombres adimensionnels et leur utilisation pour les lois d'échange
Couche limite de plaque plane: analyse d'échelle, profils (Blasius, logarithmique), lois d'échange
Convection naturelle sur une paroi: analyse d'échelle, lois d'échange, cas des parois horizontales
Convection forcée dans des conduites: température de mélange, longueurs d'établissement, écoulement établi, thermique établie à flux ou température constante. Profils et loi d'échange en établi.
Phénomènes de convection naturelle interne: thermosiphons, cavités, stratification, instabilité.

Thermodynamique des machines :

Cette partie se divise en :
- 16h de cours pour effectuer quelques révisions, aborder les cycles des turboréacteurs (simple flux, double flux, post-combustion) et regarder les améliorations des cycles des turbines à gaz et des moteurs alternatifs à combustion interne.
- Une visite à l'aérodrome du Versoud, ou plus exactement dans les locaux du Lycée du Grésivaudan qui dispose d'un hangar où sont exposés des moteurs d'avion. La visite permet de mettre du concret sur les notions vues en cours.

Modélisation et analyse d’écoulements 1
Modélisation et analyse d’écoulements 2,
Heat and Mass transfers