Cours sur la température, la pression et la chaleur

Leçon 1 • Nature de la chaleur et de la température

Différencie la chaleur en tant que transfert d'énergie de la température en tant que propriété scalaire. Ancre toutes les analyses thermiques ultérieures dans un cadre conceptuel correct.

Leçon 2 • États de la matière et comportement de phase

Examine les états solide, liquide, gazeux et plasma et comment l'énergie thermique entraîne les transitions de phase. Prépare les étudiants à interpréter les diagrammes de phase présentés plus tard.

Leçon 3 • Échelles de température et conversions

Couvre les échelles Celsius, Fahrenheit, Kelvin et Rankine ainsi que leurs formules de conversion. Développe la maîtrise numérique requise pour tout le travail quantitatif à venir.

Leçon 4 • Unités, dimensions et mesure

Établit les systèmes d'unités SI et impériales pour les grandeurs thermiques et introduit l'incertitude de mesure. Assure la cohérence dimensionnelle dans tous les calculs.

Leçon 1 • Troisième principe et zéro absolu

Énonce que l'entropie tend vers un minimum lorsque la température approche le zéro absolu. Clarifie pourquoi le zéro absolu est inaccessible en pratique.

Leçon 2 • Principe zéro et équilibre thermique

Explique l'équilibre thermique et la propriété transitive qui définit la mesure de la température. Établit la base logique de tous les thermomètres.

Leçon 3 • Processus et cycles thermodynamiques

Classe les processus isothermes, adiabatiques, isobares et isochores et les représente sur des diagrammes P-V. Prépare les étudiants à l'analyse des cycles dans les chapitres suivants.

Leçon 4 • Premier principe : conservation de l'énergie

Présente l'énergie interne, le travail et la chaleur comme composants de l'équation du bilan énergétique. Les étudiants calculent les variations d'énergie dans les systèmes fermés et ouverts.

Leçon 1 • Rayonnement : loi de Stefan-Boltzmann

Explique le transfert de chaleur par rayonnement en utilisant l'émissivité, l'absorptivité et la loi de Stefan-Boltzmann. Aborde le rayonnement dans les contextes industriels à haute température.

Leçon 2 • Conduction : loi de Fourier

Dérive la loi de Fourier et l'applique aux parois planes, aux cylindres et aux matériaux composites. Présente la conductivité thermique comme une propriété du matériau.

Leçon 3 • Convection : loi de Newton du refroidissement

Présente les coefficients de transfert de chaleur par convection et la loi de Newton du refroidissement pour la convection forcée et naturelle. Relie le mouvement du fluide aux taux d'évacuation de la chaleur.

Leçon 4 • Résistance thermique et isolation

Modélise le flux de chaleur à travers des matériaux stratifiés à l'aide de réseaux de résistances thermiques. Permet aux étudiants de concevoir et d'évaluer des systèmes d'isolation.

Leçon 1 • Forces sur les surfaces immergées

Calcule les forces hydrostatiques résultantes et les positions du centre de poussée sur les surfaces planes et courbes. Facilite l'analyse structurelle des réservoirs et des vannes.

Leçon 2 • Distribution de la pression hydrostatique

Dérive l'équation hydrostatique et l'applique à la variation de la pression avec la profondeur. Établit la relation pression-profondeur utilisée dans la conception des cuves.

Leçon 3 • Manométrie et mesure de pression

Couvre les manomètres à tube en U, inclinés et différentiels pour la mesure des pressions relative et différentielle. Relie les dispositifs de mesure à la surveillance des procédés.

Leçon 4 • Poussée d'Archimède et principe d'Archimède

Applique le principe d'Archimède aux corps flottants et immergés ainsi qu'à l'analyse de stabilité. Pertinent pour la flottabilité des équipements et la détection de niveau de liquide.

Leçon 1 • Capacités thermiques massiques et enthalpie

Définit les capacités thermiques massiques à pression constante et à volume constant ainsi que leur rapport gamma. Permet les calculs d'enthalpie et d'énergie interne pour les gaz.

Leçon 2 • Tables de vapeur et recherche de propriétés

Guide les étudiants à travers les tables de vapeur saturée et surchauffée pour extraire les propriétés thermodynamiques. Soutient directement l'analyse des chaudières et des turbines.

Leçon 3 • Comportement des gaz réels et équations d'état

Présente le facteur de compressibilité Z et les équations de van der Waals et de Peng-Robinson. Quantifie les écarts par rapport au comportement idéal à haute pression ou basse température.

Leçon 4 • Diagrammes de phase et points critiques

Interprète les diagrammes P-T et P-v, y compris les points triples et les points critiques. Permet de prédire l'état de phase dans des conditions données.

Leçon 1 • Cycles de réfrigération et pompes à chaleur

Applique l'analyse du cycle à compression de vapeur aux configurations de réfrigération et de pompe à chaleur. Les étudiants calculent le COP et identifient les opportunités d'amélioration des performances.

Leçon 2 • Systèmes de combustion et de fours

Couvre la combustion stoechiométrique, l'excès d'air et les calculs de dégagement de chaleur dans les fours. Relie la chimie du combustible à la puissance thermique dans le chauffage industriel.

Leçon 3 • Chaudières et production de vapeur

Examine les conceptions de chaudières à tubes de fumée et à tubes d'eau ainsi que leurs équations de bilan énergétique. Relie la production de vapeur aux applications industrielles de chauffage et de production d'énergie.

Leçon 4 • Échangeurs de chaleur : conception et analyse

Couvre les échangeurs à calandre et à tubes, à plaques et à double tube en utilisant les méthodes LMTD et NTU. Les étudiants dimensionnent les échangeurs pour des charges thermiques spécifiées.

Leçon 1 • Gestion des contraintes thermiques et de la dilatation

Quantifie la dilatation thermique dans la tuyauterie et les cuves et présente les boucles de dilatation et les joints de dilatation. Empêche les défaillances structurelles dues à une croissance thermique sous contrainte.

Leçon 2 • Dispositifs de sûreté et protection contre les surpressions

Couvre le dimensionnement des soupapes de sûreté, des disques de rupture et des soupapes de sécurité pour les scénarios de surpression. Garantit que les étudiants peuvent spécifier des dispositifs de protection pour les systèmes de procédé.

Leçon 3 • Principes de conception des cuves sous pression

Présente la contrainte circonférentielle, la contrainte longitudinale et les calculs d'épaisseur de paroi pour les cuves cylindriques. Fournit la base structurelle pour une conception sûre des cuves.

Leçon 4 • Perte de charge dans la tuyauterie et écoulement

Applique les équations de Darcy-Weisbach et de Hazen-Williams pour calculer la perte de charge dans les réseaux de tuyauterie. Relie la conception hydraulique à la gestion de la pression du système.

Leçon 1 • Transitoires de pression dynamiques

Modélise le coup de bélier, les surpressions et la dynamique des systèmes de sécurité dans les réseaux de tuyauterie. Prépare les étudiants à prévenir et à atténuer les dommages dus aux transitoires de pression.

Leçon 2 • Écoulement diphasique et ébullition

Analyse les régimes d'écoulement, le taux de vide et le transfert de chaleur dans les systèmes diphasiques. Essentiel pour la production de vapeur, la réfrigération et les équipements de procédés chimiques.

Leçon 3 • Conduction thermique transitoire

Applique les méthodes de la capacité thermique globalisée et des abaques de Heisler aux problèmes de conduction dépendant du temps. Aborde les scénarios de démarrage, d'arrêt et de choc thermique.

Leçon 4 • Optimisation énergétique des systèmes

Applique l'analyse du pincement et les méthodes exergétiques pour identifier et réduire les pertes d'énergie dans les systèmes thermiques. Favorise les améliorations de rendement dans les opérations industrielles.