Le document présente un TP sur le transfert de chaleur par convection forcée, destiné aux étudiants de 3ème année en génie mécanique. Il décrit les objectifs, les rappels théoriques, l'appareil d'étude, ainsi que les parties expérimentales et les résultats obtenus. Les activités mettent en évidence les relations entre la puissance électrique, la différence de température, le coefficient de transfert de chaleur, et le nombre de Nusselt.

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Université ZIANE ACHOUR de DJELFA
Faculté des Sciences et Technologie
Département : Génie Mécanique
Module : TP TRANSFERT THERMIQUE
Niveau : 3ème
année licence Energétique (S5)
TP N°01 :
Transfert De Chaleur Par Convection
Forcée
Dr. Laouid. Y
Fait par les Etudiants :
❖ OUANEZAR IBRAHIM (M :181839023944)
❖ Ali KASMI (M :191939021467)
Année universitaire : 2021/2022

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Contents
I) INTRODUCTION ..............................................................................................................................................3
II) OBJECTIFS DU TP...........................................................................................................................................4
III) Principe : .............................................................................................................................................................4
IV) PARTIE 1 : RAPPELS THÉORIQUES...........................................................................................................5
1. Introduction ........................................................................................................................................................5
Le phénomène de convection : ..............................................................................................................................6
Description de l'appareil........................................................................................................................................7
APPAREIL D'ÉTUDE DE LA CONVECTION LIBRE ET FORCÉE ...........................................................................7
V) PARTIE 2 : Expérimentale................................................................................................................................9
1. Remplir le tableau des valeurs mesurées :.........................................................................................................9
2. Vérifier par calcul les grandeurs de transfert de chaleur................................................................................10
3. Tracer la différence de température AT en fonction de la puissance électrique Pet. Commenter. ............10
4. Tracer le nombre de Nusselt en fonction de la puissance électrique P. Commenter..................................11
II) CONCLUSION ................................................................................................................................................11

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I) INTRODUCTION
On distingue conventionnellement trois modes de transmission de la chaleur : la conduction, la convection
et le rayonnement. Le transfert de chaleur par convection est l'un des modes de transfert de chaleur que l'on
rencontre fréquemment dans de nombreuses applications industrielles. Ondistingue trois modes de transfert
de chaleur par convection : la convection naturelle (ou la convection libre), la convection forcée et la
convection mixte.
Lorsque le transfert de chaleur s’accompagne d’un transfert de masse, il est appelé transfert par convection.
Ce mode d’échange de chaleur existe au sein des milieux fluides ou lorsqu’un fluide circule autour d’un
solide, permet de déterminer les échanges de chaleur se produisant entre un fluide et une paroi, la quantité
de chaleur échangé dépend de la différence de température entre la paroi et le fluide, la vitesse du fluide,
sa capacité thermique massique …
Selon le mécanisme qui génère le mouvement du fluide, on distingue :
La convection naturelle (libre) : Le fluide est mis en mouvement sous le seul effet :
- Des différences de masses volumiques résultant des différences de températures sur les frontières ou la
particule chaude se met en mouvement et assure directement le transfert de la chaleur vers le milieu le plus
froid. - D’un champ de forces extérieures (la pesanteur).
La convection forcée : Le mouvement du fluide est induit par une cause indépendante des différences de
température (pompe, ventilateur...)
On tient en considération que pour un écoulement à une température T∞ autour d'une structure à une
température uniforme TS de surface S, l'expression du flux de chaleur en convection est la suivante :
Où h est le coefficient de transfert thermique.

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II) OBJECTIFS DU TP
Etudier le transfert de chaleur par convection forcée et déterminer le coefficient d’échange en
utilisant l’appareil TD 1005.
III) Principe :
Lorsque le transfert de chaleur s’accompagne d’un transfert de masse, il est appelé transfert
par convection. Ce mode d’échange de chaleur existe au sein des milieux fluides ou lorsqu’un
fluide circule autour d’un solide, permet de déterminer les échanges de chaleur se produisant
entre un fluide et une paroi, la quantité de chaleur échangé dépend de la différence
température entre la paroi et le fluide, la vitesse du fluide, son capacité thermique massique
….
Selon le mécanisme qui génère le mouvement du fluide, on distingue :
La convection naturelle (libre) : Le fluide est mis en mouvement sous le seul effet :
- Des différences de masses volumiques résultant des différences de températures sur les
frontières où la particule chaude se met en mouvement et assure directement le transfert de la
chaleur vers le milieu le plus froid.
-D’un champ de forces extérieures (la pesanteur).
La convection forcée : le mouvement du fluide est induit par une cause indépendante des
différences de température (pompe, ventilateur.)

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IV)PARTIE 1 : RAPPELS THÉORIQUES
1. Introduction
On distingue conventionnellement trois modes de transmission de la chaleur : la conduction, la convection
et le rayonnement.
• La conduction
Ce mode de transmission de chaleur s’applique plus particulièrement aux solides, mais concerne aussi les
fluides au repos.
Il correspond à une propagation de la chaleur de proche en proche au sein de la matière, le passage de la
chaleur se faisant par contact entre particules (atomes ou molécules) voisines. La matière se comporte
véritablement comme un conducteur de la chaleur.
• La convection
La transmission de chaleur par convection met en jeu le mouvement des fluides (gaz ou liquides).
Ce mouvement permet l’échange de chaleur entre le fluide et une paroi et facilite la diffusion de la chaleur
au sein de l’ensemble du fluide grâce à l’agitation produite.
Dans la transmission de chaleur par convection, le fluide se comporte comme un véhicule de la chaleur.
La convection est dite naturelle ou libre lorsque le mouvement du fluide est créé par les différences de
masse volumique existant au sein du fluide du fait des différences de températures. Lorsque le mouvement
est communiqué par une machine agitatrice, pompe, compresseur ou ventilateur, la convection est dite
forcée.
• Le rayonnement
La transmission de chaleur par rayonnement correspond au transport d’énergie thermique sous forme
d’ondes électromagnétiques analogues à celle de la lumière.
En effet, tout corps, même placé dans le vide, émet de l’énergie thermique sous forme d’un rayonnement
qui est véhiculé sans support matériel. Cette émission est d’autant plus importante que la température du
corps émetteur est élevée. Elle n’est cependant notable qu’à partir de 700 à 800°C. Dans le cas du soleil,
dont la température superficielle est de l’ordre de 6000°C, l’émission thermique est particulièrement
importante.
Parallèlement,

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Le phénomène de convection :
La convection est un des trois modes de transfert de chaleur avec la conduction et le rayonnement. Le
terme de convection fait référence aux transferts
de chaleur se produisant entre une surface et un
fluide en mouvement lorsque ceux-ci sont à des
températures différentes. En plus du transfert
d'énergie dû à la diffusion, il y a également
transfert par le biais du mouvement du fluide. Ce
dernier est associé au fait que de multiples
molécules ont un mouvement collectif, ce qui
implique un transfert de chaleur dans le cas où il
existe un gradient thermique. La contribution
due au mouvement aléatoire des molécules, la
diffusion, domine près de la surface où la vitesse
du fluide est faible. En effet, à l'interface entre la surface et le fluide, étant donné que la vitesse du
fluide est nulle, le seul mode de transfert est la diffusion. La contribution due au mouvement du fluide
tient son origine du fait que la couche limite croît au fur et à mesure de l'avancée du fluide sur la
surface.
Le transfert thermique par convection est divisé en deux parties suivant la nature de l'écoulement :
La convection est un transfert de chaleur dans un milieu matériel avec mouvement de matière. Ce mode de
transfert ne concerne donc que les fluides ou les échanges entre un solide et un fluide.
Dans le cas d'un transfert entre un solide et un fluide, la puissance transférée par convection est donnée par
la relation suivante :
Tp : la température de la paroi du solide ;
Tf : la Température du fluide loin de la paroi ;
h : le coefficient d'échange de surface. Sa détermination fait intervenir des relations de corrélations entre
des nombres sans dimension, déterminés à partir des propriétés thermo physiques du fluide.

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On distingue deux types de convection :
Ø La convection libre (ou naturelle) dans laquelle les mouvements du fluide sont dus aux variations de
masse volumique,
Ø La convection forcée dans laquelle les mouvements du fluide sont imposés par une pompe ou un
ventilateur.
Description de l'appareil
Appareil pédagogique d'étude de la convection libre et forcée permettant d'étudier la convection
libre et forcée d'une plaque plate, d'une plaque plane, d'une plaque équipée d'ailettes et d'une plaque équipée
de tubes.
APPAREIL D'ÉTUDE DE LA CONVECTION LIBRE ET FORCÉE
Le banc devra permettre les exploitations suivantes:
- Comparaison de la convection libre et forcée pour différentes surfaces d'échange thermique
- Comparaison de la convection libre à partir de surfaces verticale et horizontale (ailettes)
- Comparaison du rendement des surfaces de transfert de chaleur
- Comparaison du coefficient de transfert de chaleur et du nombre de Nusselt pour la convection
libre et forcée
- Distribution de la température le long des surfaces tubulaires et à ailettes
Spécifications techniques requises:
- Une conduite verticale dans lequel les différentes plaques proposées peuvent être insérées.
- Un ventilateur à vitesse variable
- Deux thermocouples en amont et en aval de la plaque dans la conduite
- Une plaque plane avec système de chauffage intégré et un thermocouple de surface
- Une plaque plane avec faisceau d'ailettes avec système de chauffage intégré et un thermocouple
de surface
- Une plaque plane avec faisceau de tubes avec système de chauffage intégré et un thermocouple de
surface
- La sonde de températuresituée en bas de la conduite se déplacera dans un système de traversé de
paroi pour mesurer la distribution de température au travers de la section de la conduite.
- Une sonde supplémentaire permettra aux étudiants de mesurer la répartition de température le long
d'une ailette ou le long d'un tube des échangeurs.
- Un anémomètre pour la mesure de la vitesse de l'air

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- Deux boutons de contrôle pour faire varier la vitesse de l'air et la puissance fournie à la plaque
- Un afficheur numérique permettant de visualiser la puissance fournie, la vitesse de l'air et les
températures mesurées par les thermocouples.
- Un panneau de commande et de mesure Fournisant l'alimentation en puissance et l'affichage des
mesures des différents capteurs
- Dimensions: env 850 x 550 x 1200 mm

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V) PARTIE 2 : Expérimentale
(Donnés) :
1. Remplir le tableau des valeurs mesurées :
On obtient les valeurs qui sont citées dans le tableau :
LA SURFACE AVEC DES AILETTES
Puissance (W) T4 T1
10,000 36,900 20,800
20,000 53,200 21,000
30,000 67,600 21,000
40,000 82,900 20,800
LA SURFACE AVEC FAISCEAU TUBULAIRE
Puissance (W) Q T4 T1
10,000 33,400 23,700
20,000 43,600 23,900
30,000 52,500 24,000
40,000 61,400 23,400
Densité de flux de chaleur q= Q/S
L= 0,106
Surface de la paroi en contact avec le fluide
globale (en m²). AILETTES
S1= 0,092
Coefficient de transfert de chaleur H= Q/(S*t)
Nombre de Nusselt Nu= h*l/l
La résistance thermique R= 1/h*S
Surface de la paroi en contact avec le fluide
globale (en m²). FAISCEAU TUBULAIRE
s2= 0,027 m2
L= 0,023

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2. Vérifier par calcul les grandeurs de transfert de chaleur
LA SURFACE AVEC DES AILETTES
Puissance
(W)
T4 T1 h q R Nu ∆T
10,000 36,900 20,800 6,751 108,696 1,610 31,115 16,100
20,000 53,200 21,000 6,751 217,391 1,610 31,115 32,200
30,000 67,600 21,000 6,998 326,087 1,553 32,250 46,600
40,000 82,900 20,800 7,001 434,783 1,553 32,267 62,100
LA SURFACE AVEC FAISCEAU TUBULAIRE
Puissance
(W) Q
T4 T1 h q R Nu ∆T
10,000 33,400 23,700 38,183 370,370 0,970 175,972 9,700
20,000 43,600 23,900 37,601 740,741 0,985 173,292 19,700
30,000 52,500 24,000 38,986 1111,111 0,950 179,676 28,500
40,000 61,400 23,400 38,986 1481,481 0,950 179,676 38,000
3. Tracer la différence de température AT en fonction de la puissance électrique Pet.
Commenter.
10 15 20 25 30 35 40
10
20
30
40
50
60
70
16,1
32,2
46,6
62,1
9,7
19,7
28,5
38
∆T
Puissance (W)
LA SURFACE AVEC DES AILETTES
LA SURFACE AVEC FAISCEAU TUBULAIRE
A partir du graphe on remarque l’augmentation du (T) en fonction du puissance , donc relation
proportionnelle entre les 2.
On Remarque : la convection forcée, c’est on a fait la courbe du convection forcée l’augmentation de
FAISCEAU TUBULAIRE sera inférieur à celle DES AILETTES parce que la surface de contact
inférieur.

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4. Tracer le nombre de Nusselt en fonction de la puissance électrique P. Commenter.
10 15 20 25 30 35 40
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
31,115 31,115 32,250 32,267
175,972 173,292 179,676 179,676
Nu
Puissance (W)
Nu:LA SURFACE AVEC DES AILETTES
Nu:LA SURFACE AVEC FAISCEAU TUBULAIRE
A partir des courbes, la variation de (Nu) en fonction de (Puissance) est une variation linéaire,
l’équation de la courbe est de la forme Nu=f(X) telle qu’est la pente de la droite.
II) CONCLUSION
Ce TP nous a permis de Démontrer que N’importe quel transfert de chaleur nécessite un gradient de
température.
Le coefficient de transfert de chaleur par convection dépend de : La nature du fluide et de la surface
traversée.
De la quantité de chaleur traversée, leur augmentation donne une augmentation à ce coefficient