Transfert de chaleur
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.
Transfert de chaleur en génie nucléaire – Application
Le transfert de chaleur est communément rencontré dans les systèmes d’ingénierie et d’autres aspects de la vie, et il n’est pas nécessaire d’aller très loin pour voir certains domaines d’application du transfert de chaleur.
Une connaissance détaillée des mécanismes de transfert de chaleur est également essentielle pour les ingénieurs des réacteurs ainsi que pour tous les autres ingénieurs. Une centrale nucléaire (centrale nucléaire) ressemble à une centrale thermique standard à une exception près. La source de chaleur dans la centrale nucléaire est un réacteur nucléaire . Comme c’est typique dans toutes les centrales thermiques conventionnelles, la chaleur est utilisée pour générer de la vapeur qui entraîne une turbine à vapeur connectée à un générateur qui produit de l’électricité. Mais dans les centrales nucléaires, les réacteurs produisent une énorme quantité de chaleur (énergie) dans un petit volume. La densité de la génération d’énergie est très importante et cela impose des exigences à son système de transfert de chaleur (système de refroidissement du réacteur). Par conséquent, nous devons commencer par la génération de chaleur du réacteur et son évacuation du réacteur.
Pour qu’un réacteur fonctionne en régime permanent, toute la chaleur dégagée dans le système doit être évacuée aussi vite qu’elle est produite . Ceci est accompli en faisant passer un liquide de refroidissement liquide ou gazeux à travers le cœur et à travers d’autres régions où la chaleur est générée. Le transfert de chaleur doit être égal ou supérieur au taux de génération de chaleur ou de surchauffe et des dommages possibles au carburant peuvent se produire. La nature et le fonctionnement de ce système de refroidissement sont l’une des considérations les plus importantes dans la conception d’un réacteur nucléaire.
Il convient de noter que d’un point de vue strictement nucléaire, il n’y a théoriquement aucune limite supérieure à la puissance thermique du réacteur, qui peut être atteinte par tout réacteur critique ayant un excès de réactivité suffisant pour surmonter ses rétroactions négatives de température. Dans chaque réacteur nucléaire , il existe une proportionnalité directe entre le flux neutronique et la puissance thermique du réacteur . Le terme puissance thermique est généralement utilisé, car il désigne la vitesse à laquelle la chaleur est produite dans le cœur du réacteur à la suite de fissions dans le combustible. De plus, pendant une courte période, un réacteur critique n’a pas besoin d’avoir un excès de réactivité élevé comme dans le cas d’excursions de réactivité rapides.
En bref, presque tous les réacteurs peuvent dépasser la capacité d’évacuation de la chaleur de leur système de refroidissement. Au-delà de ce point, le carburant chaufferait et pourrait atteindre des températures très élevées. Cette situation doit être évitée par l’exploitant du réacteur et par les systèmes de sécurité du réacteur. Il est essentiel que l’ équilibre entre le taux de génération de chaleur et le taux d’évacuation de chaleur soit maintenu pour éviter ces températures qui pourraient entraîner la défaillance du combustible ou d’autres matériaux de structure. Dans l’ingénierie des réacteurs, la thermohydraulique des réacteurs nucléaires décrit l’effort impliquant le couplage du transfert de chaleur et de la dynamique des fluides pour atteindre le taux d’évacuation de chaleur souhaité du cœur dans des conditions de fonctionnement normal et d’accident.
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