L’ingénierie thermique

L’ingénierie thermique est une discipline spécialisée de l’ingénierie mécanique qui traite du mouvement de l’énergie thermique et de son transfert. L’énergie pouvant être transformée entre deux milieux ou transférée dans d’autres formes d’énergie, un ingénieur en thermographie doit avoir une connaissance de la thermodynamique et du processus permettant de convertir l’énergie générée par les sources thermiques en énergie chimique, mécanique ou électrique.

Une ou plusieurs des disciplines suivantes peuvent être impliquées dans la résolution d’un problème particulier d’ingénierie thermique:

Thermodynamique

 

Une connaissance de la  thermodynamique  est essentielle pour  les ingénieurs nucléaires , qui traitent  des réacteurs nucléaires . La thermodynamique  est la science qui traite de la production, du stockage, du transfert et de la conversion de l’énergie. Il étudie les effets du  travail , de la  chaleur  et de l’  énergie sur un système. La thermodynamique  est à la fois une branche de la  physique  et une  science de l’ingénieur . Le physicien  est normalement intéressé à acquérir une  compréhension fondamentale du comportement physique et chimique de quantités fixes de matière au repos et utilise les lois de la thermodynamique pour relier les propriétés de la matière. Les ingénieurs  s’intéressent généralement à l’étude  des systèmes énergétiques et de la manière dont ils interagissent avec leur environnement. Notre objectif ici sera d’introduire la  thermodynamique en tant que science de la conversion d’énergie , afin de présenter certains des concepts et définitions fondamentaux utilisés dans l’étude de la  thermodynamique technique . Ces concepts et définitions fondamentaux seront ensuite appliqués aux systèmes énergétiques et enfin aux  centrales thermiques  ou  nucléaires .

Mécanique des fluides

Dynamique des fluides
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La mécanique des fluides est la branche de l’ingénierie thermique qui s’intéresse à la mécanique des fluides (liquides, gaz et plasmas) et à leurs forces. Il peut être divisé en statique des fluides , l’étude des fluides au repos; et dynamique des fluides. La dynamique des fluides  est une sous-discipline de la mécanique des  fluides qui traite de l’écoulement des fluides. Dynamique des fluides est l’un des domaines les plus importants de la physique. La vie telle que nous la connaissons n’existerait pas sans fluides et sans le comportement qu’ils présentent. L’air que nous respirons et l’eau que nous buvons (et qui constituent l’essentiel de notre masse corporelle) sont des fluides. La dynamique des fluides a de nombreuses applications, notamment le calcul des forces et des moments sur les aéronefs (aérodynamique), la détermination du débit massique de l’eau par les conduites (hydrodynamique).

La dynamique des fluides  est une partie importante de la plupart des processus industriels; en particulier ceux impliquant le
transfert de chaleur. Dans les réacteurs nucléaires,  l’évacuation de la chaleur du cœur du  réacteur  est réalisée en faisant passer un agent de refroidissement liquide ou gazeux à travers le cœur et à travers d’autres régions où de la chaleur est générée. La nature et le fonctionnement du système de refroidissement sont l’une des considérations les plus importantes dans la conception d’un réacteur nucléaire.

Transfert de chaleur et transfert de masse

 

Heat Transfer - mechanisms

Le transfert de chaleur est une discipline d’ingénierie qui concerne la production, l’utilisation, la conversion et l’échange de chaleur (énergie thermique) entre des systèmes physiques. En génie électrique, il détermine les paramètres clés et les matériaux des échangeurs de chaleur. Le transfert de chaleur est généralement classé dans divers mécanismes, tels que:

  • Conduction thermique.  La conduction thermique, également appelée diffusion, se produit dans un corps ou entre deux corps en contact. C’est l’échange microscopique direct de l’énergie cinétique des particules à la frontière entre deux systèmes. Lorsqu’un objet est à une température différente de celle d’un autre corps ou de son environnement
  • Chaleur par convection.  La convection thermique dépend du mouvement de la masse d’une région de l’espace à une autre. La convection thermique se produit lorsque le flux en vrac d’un fluide (gaz ou liquide) transporte de la chaleur avec le flux de matière dans le fluide.
  • Radiation thermique.  Le rayonnement est un transfert de chaleur par rayonnement électromagnétique, tel que le soleil, sans qu’il soit nécessaire que de la matière soit présente dans l’espace entre les corps.

En ingénierie, le terme transfert de chaleur par convection est utilisé pour décrire les effets combinés de la conduction et de l’écoulement de fluide. À ce stade, nous devons ajouter un nouveau mécanisme, appelé advection (le transport d’une substance par un mouvement en vrac). Du point de vue thermodynamique, la chaleur pénètre dans un fluide par diffusion pour augmenter son énergie, le fluide transfère ensuite (advecte) cette énergie interne accrue (non thermique) d’un endroit à un autre, ce qui est ensuite suivi d’une seconde interaction thermique. qui transfère la chaleur à un deuxième corps ou système, à nouveau par diffusion.