UE Génie des procédés 1 EPEE - 4PUPGPR1

Objectif(s)

Partie I. Décrire et quantifier les phénomènes de transports de matière à partir d'une approche macroscopique. On étudiera en particulier les cas limites les plus fréquents dans les applications du génie des procédés et de l'électrochimie.

Partie II. Découvrir les différentes solutions technologiques et les domaines d'applications des échanges de chaleur. Acquérir les méthodes pour dimensionner les procédés avec échanges de chaleur : échangeurs thermiques et échangeurs simultanés de chaleur et de matière.

Contenu(s)

Partie I. Transport de matière
A – Concepts fondamentaux
AI – Notion de flux et de bilan volumique.
Analogie entre le flux de chaleur et le flux de matière. Cas particulier des régimes stationnaires.
AII – Décomposition d’un flux de matière en trois contributions :
Diffusion, migration, convection (naturelle et forcée). Lien avec la thermodynamique hors équilibre : gradient de potentiel chimique. Loi de Nernst-Einstein (relation entre migration et diffusion).
AIII – Ordres de grandeur et principales techniques expérimentales
pour la détermination des coefficients de diffusion, des mobilités électriques et des vitesses de fluide dans différents milieux (solides, liquides et gaz).

B – Quelques cas particuliers importants

BI – Loi de Fick.
Exemples de profils de concentration (stationnaires et transitoires) selon différentes conditions aux limites et géométries.
BII – Loi d’Ohm.
Distribution primaire du courant dans un système conducteur. Applications à différentes géométries.
BIII – Théorie du film / Modèle de Nernst.
Principes en lien avec l’hydrodynamique (Levich, Sherwood, etc.). Modèle du double film.
BIV – Diffusion convective avec réaction chimique :
Quelques exemples concrets (nombre de Hatta, facteur d’accélération, etc.).

C – Exemples plus complexes
CI – Milieux multicomposants (par exemple mélanges gazeux ou solutions).
Passage d’un système idéal à un système réel ; possibilité de diffusion multicomposant, modèle de Maxwell-Stefan.
CII – Milieux polyphasiques (par exemple milieux poreux).
Notion de coefficients de diffusion effectifs.
CIII – Possibilité de couplage entre transport de chaleur et de matière.

Partie II. Échangeurs de chaleur
1. Bilan et dimensionnement
Résistances thermiques
Bilans d’énergie local et global
Définition et calcul de la Différence de Température Moyenne Logarithmique (DTML)

Calcul des efficacités, rendements et Nombre d’Unités de Transfert (NUT)
Utilisation d’abaques (nomogrammes)

2. Technologies des échangeurs thermiques
Échangeurs à calandre et tubes / Faisceau tubulaire – Échangeurs à plaques – Caloducs
Avantages et inconvénients des différents types d’échangeurs / Exemples d’application

3. Échanges avec changement de phase
Phénoménologie des échanges thermiques avec ébullition
Corrélations utiles et méthodes de dimensionnement
Échanges thermiques avec condensation

Transformées intégrales, calcul différentiel, bases de transfert thermique