Section:
Sciences de l'ingénieur industriel
Codification:
TT210
Transferts thermiques
Enseignants:
Vincent HANUS

Volume horaire:
20
Pondération:
40
Activité obligatoiore:
Oui
Année académique:
2018-2019

Place de l'activité d'apprentissage dans le programme
Articulation avec d'autres activités d'apprentissage
  • Activités d'apprentissage supports + acquis d'apprentissage préalables requis

    Physique générale et appliquée : théorie et exercices (PY111 - 1B):
    - La chaleur: conduction, convection, rayonnement
    Mécanique des fluides : théorie (MF209 - 2B) :
    - Hydrodynamique des fluides visqueux: coefficient de viscosité, nombre de Reynolds.

  • Activités d'apprentissage complémentaires

    Génie énergétique : théorie (ET301 - 3B)
    Génie énergétique : bureau d'études (EB301 - 3B)
    Conception énergétique : théorie (CE181 - 1M)
    Conception énergétique : bureau d'études (CB181 - 1M)
    Efficacité énergétique (EG239 - 2M)
    Thermographie (HT239 - 2M)

Acquis d'apprentissage spécifiques sanctionnés par l'évaluation

L'étudiant sera capable au terme de l'activité de 20 heures organisée uniquement au second quadrimestre:
- d'identifier les différents phénomènes participants à la transmission de chaleur dans un système thermique;
- de calculer les caractéristiques thermiques et le transfert de chaleur dans un système thermique;
- de démontrer divers théorèmes liés aux transferts thermiques.

At the end of this learning activity of 20 hours, the student will be able:
- to identify the phenomena implied in the heat flows in a thermic system;
- to calculate the thermic characteristics and the heat flow in a thermic system;
- to demonstrate various theorems related to heat transfer.

Contenu

L'étudiant sera capable d'utiliser les ressources suivantes en termes de savoirs:
- La conduction thermique: conductivité thermique, conduction (plaque et tube) en régime permanent, avec ou sans sources de chaleur, résistance thermique;
- La convection thermique: convection forcée, convection naturelle;
- Le rayonnement: rayonnement thermique, lois d'émission du corps noir, lois de comportement des corps réels, échange d'énergie par rayonnement entre surfaces grises;
- Le couplage des phénomènes: la transmission de chaleur de fluide à fluide, les problèmes d'isolation thermique, les échangeurs, la simulation d'un bâtiment.

The student will be able to use the following ressources as knowledge:
- The thermal conduction: thermal conductivity, conduction (plate and tube) for steady-state flow, with or without heat sources, thermal resistance;
- The convection: forced convection, natural convection;
- The radiation: thermal radiation, emission laws of the blackbody radiation, behaviour laws of real bodies, energy exchange by radiation between gray surfaces;
- The phenomena coupling: the heat transfer from fluid to fluid, the insulation problems, the heat exchangers, the simulation of a building.

L'activité d'apprentissage est divisée en cinq séances théoriques, suivies par trois séances pratiques. Le contenu de chaque séance (partie du cours vue lors des séances théoriques, énoncé des exercices des séances pratiques) est donné préalablement sur la plateforme d'e-learning. L'étudiant souhaitant assister au cours peut donc préparer les séances théoriques en explorant préalablement les parties à voir et les séances pratiques en sélectionnant les méthodes nécessaires à la résolution des exercices. L'étudiant ne souhaitant pas assister au cours a les informations nécessaires pour évoluer seul dans la connaissance des phénomènes étudiés. L'accès à chaque séance théorique est conditionné à la participation à un test en ligne sur la séance théorique précédente: si le test est réussi, l'étudiant peut accéder au cours; si le test se solde par un échec, l'étudiant doit se présenter avec une question portant sur la séance théorique précédente; dans les autres cas, l'étudiant n'est pas autorisé à assister au cours. Les questions sont passées en revue et les réponses sont données au début de chaque séance théorique. Le résultat du test concernant la dernière des séances théoriques est examiné lors de la séance pratique suivante, selon les mêmes modalités. Si la dernière séance théorique vient à être écourtée, alors la partie pratique commence à être abordée pendant le reste de la séance. Les séances pratiques sont réalisées sur le logiciel "Equation Engineering Solver" (EES); l'étudiant est tenu de respecter les termes du contrat de licence de l'utilisateur final (http://www.fchart.com/ees/eula.php). Les séances pratique se déroulent comme suit: un étudiant projette sa résolution pour ses camarades, et le programme mis au point est mis en ligne sur la plateforme d'e-learning après la séance.
Méthodes d'enseignement-apprentissage mises en oeuvre

L'activité d'apprentissage est divisée en cinq séances théoriques, suivies par trois séances pratiques. Le contenu de chaque séance (partie du cours vue lors des séances théoriques, énoncé des exercices des séances pratiques) est donné préalablement sur la plateforme d'e-learning. L'étudiant souhaitant assister au cours peut donc préparer les séances théoriques en explorant préalablement les parties à voir et les séances pratiques en sélectionnant les méthodes nécessaires à la résolution des exercices. L'étudiant ne souhaitant pas assister au cours a les informations nécessaires pour évoluer seul dans la connaissance des phénomènes étudiés.
L'accès à chaque séance théorique est conditionné à la participation à un test en ligne sur la séance théorique précédente: si le test est réussi, l'étudiant peut accéder au cours; si le test se solde par un échec, l'étudiant doit se présenter avec une question portant sur la séance théorique précédente; dans les autres cas, l'étudiant n'est pas autorisé à assister au cours. Les questions sont passées en revue et les réponses sont données au début de chaque séance théorique. Le résultat du test concernant la dernière des séances théoriques est examiné lors de la séance pratique suivante, selon les mêmes modalités.
Si la dernière séance théorique vient à être écourtée, alors la partie pratique commence à être abordée pendant le reste de la séance. Les séances pratiques sont réalisées sur le logiciel "Equation Engineering Solver" (EES); l'étudiant est tenu de respecter les termes du contrat de licence de l'utilisateur final (http://www.fchart.com/ees/eula.php). Les séances pratique se déroulent comme suit: un étudiant projette sa résolution pour ses camarades, et le programme mis au point est mis en ligne sur la plateforme d'e-learning après la séance.

Modalités d'évaluation de l'activité d'apprentissagee
Février - JuinSeconde Session
ExamensExamen oral
Pondération : 100%
Examen oral
Pondération : 100%

Pondération en % par rapport au total de l’activité d’apprentissage ou de l’UE si l’évaluation est intégrée.

Description éventuelle

    La cotation de cette activité d'apprentissage se fait sur base d'un examen oral en première et en seconde session.

    En première session, l'étudiant présente un travail et démontre deux théorèmes. Le travail consiste à réaliser le bilan thermique de minimum deux pièces sur une année, dont l'une a une température fixe et l'autre flottante. À cet effet, l'étudiant utilise un climat-type (disponible sur le site Énergie+ (http://www.energieplus-lesite.be/) ou fourni par le logiciel Meteonorm) et le logiciel EES (Equation Engineering Solver), et apporte tout document (rapport, plan, photos, etc.) pouvant aider à la compréhension de son système d'équation. Il dispose de 15 minutes pour démontrer sa maîtrise des deux premières capacités visées par ce cours. La cotation du travail se fait sur la base suivante:
    - un niveau satisfaisant est atteint si chacun des aspects du transfert de chaleur est traité au moyen d'hypothèses et de méthodes réalistes pour les deux types de pièce, en combinaison avec le climat-type: la conduction, la convection libre, la convection forcée, le rayonnement visible solaire (pour une paroi opaque et pour une paroi transparente), le rayonnement infrarouge (pour les côtés intérieur et extérieur), l'échange à travers le sol, la détermination de la puissance nécessaire pour maintenir la température fixe dans une pièce, et la détermination de la température flottante de l'autre pièce;
    - tout ajout notable est susceptible d'aider l'étudiant à se distinguer: intégration sur l'année de la puissance pour la pièce à température constante et conclusion, calcul du coût du chauffage, rentabilité d'une mesure d'isolation, simulation d'un bâtiment entier, comparaison avec la consommation réelle, comparaison avec les performances énergétiques annoncées par le logiciel PEB, calculs poussés de facteurs de vue, calcul d'une lame d'air, calcul du coefficient de transmission thermique d'une fenêtre, introduction d'un volet, introduction de considérations dynamiques, évaluation de la surchauffe, etc. Ces ajouts ne permettent d'atteindre la note maximale que s'ils sont corrects.
    Il démontre aussi deux des théorèmes numérotés du cours, tirés au sort: il dispose pour cela de 60 minutes. Les démonstrations comptent pour 30% de la note finale, et la présentation compte pour l'autre moitié.

    En seconde session, l'examen est un oral, réalisé en partie avec le logiciel EES. Un énoncé par étudiant est envoyé via la messagerie HENALLUX 24 heures avant la présentation pour chaque étudiant. L'étudiant apporte son fichier, le fait calculer, le présente, précise les hypothèses utilisées et les raffinements qu'il pourrait apporter; cet exercice compte pour 70% de la note finale. La cotation de la question se fait sur la base suivante:
    - un niveau satisfaisant est atteint si chacun des aspects du transfert de chaleur est traité au moyen d'hypothèses et de méthodes réalistes: le ou les phénomènes de conduction, le ou les phénomènes de convection, le ou les phénomènes de rayonnement, et la combinaison de tous ces phénomènes;
    - l'étudiant peut se distinguer de trois manières:
    - ses hypothèses sur les températures, sur les caractéristiques de matériaux et sur les dimensions des dispositifs simulés sont réalistes;
    - les ordres de grandeur obtenus suite aux calculs demandés sont plausibles et cohérents avec les systèmes existants (justification nécessaire);
    - plusieurs améliorations de la simulation basique sont citées et implémentées.
    Les 30% restants viennent de la démonstration de deux des théorèmes numérotés du cours (tirés au sort), à réaliser en moins de 60 minutes sur papier. Afin de s'assurer de la disponibilité de l'étudiant pour préparer son programme, le jour précédent l'examen est un dimanche ou un jour avec un examen se terminant au plus tard à 10h00.

    Voir également le chapitre "Organisation" des notes de cours et le document récapitulatif des modalités d'évaluation. Toutes ces modalités d'évaluation sont susceptibles d'être modifiées s'il s'avérait en cours d'année qu'il n'est pas possible de rendre EES disponible pour les étudiants ailleurs que sur le site du département.

Ressources
Supports indispensables pour atteindre les acquis d'apprentissage

    Un syllabus d'approximativement 130 pages est distribué au premier cours et est disponible sur la plateforme d'e-learning.

Sources et référence

    Gregory F. Nellis & Sanford A. Klein, Heat Transfer, Cambridge University Press, 2009
    John A. Duffie & William A. Beckman,Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, Inc.,2013

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