G.P. DNS Novembre 2009

Documents pareils
Chapitre 11 Bilans thermiques

G.P. DNS02 Septembre Réfraction...1 I.Préliminaires...1 II.Première partie...1 III.Deuxième partie...3. Réfraction

Manuel de validation Fascicule v4.25 : Thermique transitoire des structures volumiques

Chapitre 7: Dynamique des fluides

Atelier : L énergie nucléaire en Astrophysique

SUJET ZÉRO Epreuve d'informatique et modélisation de systèmes physiques

Chapitre 2 Les ondes progressives périodiques

Mesures calorimétriques

Les calculatrices sont autorisées

Pourquoi isoler? Réduire l'usage d'énergie Economiser les frais de chauffage Protéger l'environnement Augmenter la valeur des bâtiments

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

MESURE DE LA TEMPERATURE

Fonctions de plusieurs variables

Réduction de la consommation énergétique des datacenter : optimisation du conditionnement d air, influence de. l architecture

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

Continuité et dérivabilité d une fonction

Appel à financement participatif

Cours de Mécanique du point matériel

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

Thermodynamique (Échange thermique)

SUIVI CINETIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE (CORRECTION)

Sujet. calculatrice: autorisée durée: 4 heures

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

Quantité de mouvement et moment cinétique

Tutoriel première utilisation ICEM-CFD. Couche limite et modification du maillage en 2D

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté


Chapitre 1: Facteurs d'échelle

CAISSE ENREGISTREUSE ELECTRONIQUE SE-G1

Mesure de la dépense énergétique

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

Cours d Acoustique. Niveaux Sonores Puissance, Pression, Intensité

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

UNITÉS ET MESURES UNITÉS DE MESURE DES LONGUEURS. Dossier n 1 Juin 2005

GENERALITES SUR LA MESURE DE TEMPERATURE

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

L opération étudiée : le SDEF

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

Sujet proposé par Yves M. LEROY. Cet examen se compose d un exercice et de deux problèmes. Ces trois parties sont indépendantes.

Priorités de calcul :

Chapitre 6 ÉNERGIE PUISSANCE - RENDEMENT. W = F * d. Sommaire

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

Acoustique et thermique

Initiation à la Mécanique des Fluides. Mr. Zoubir HAMIDI

CALPEX Système à basse température

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

Matériel de laboratoire

Exemples d utilisation de G2D à l oral de Centrale

Dimensionnement d une roue autonome pour une implantation sur un fauteuil roulant

Aide à l'application EN-1 Part maximale d'énergies non renouvelables dans les bâtiments à construire Edition janvier 2009

Fonctions linéaires et affines. 1 Fonctions linéaires. 1.1 Vocabulaire. 1.2 Représentation graphique. 3eme

Thème 17: Optimisation

«Tous les sons sont-ils audibles»

EXERCICE II. SYNTHÈSE D UN ANESTHÉSIQUE : LA BENZOCAÏNE (9 points)

AFFAIBLISSEMENT DÛ AUX NUAGES ET AU BROUILLARD

Premier principe de la thermodynamique - conservation de l énergie

FLUIDES EN ÉCOULEMENT Méthodes et modèles

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

SALLE DE BAIN, DOUCHE, PLAN DE TRAVAIL CUISINE, PISCINE... Collage et jointoiement. L Epoxy facile

Cours IV Mise en orbite

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Compte rendu de LA37 B, TP numéro 1. Evolution de la température et du degrée d'hydratation

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

Dérivées et différentielles des fonctions de plusieurs variables

Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable ENERGIE THERMIQUE ENERGIE THERMIQUE

OLYMPIADES ACADÉMIQUES DE MATHÉMATIQUES

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

A chaque couleur dans l'air correspond une longueur d'onde.

Caractéristiques des ondes

ÉCONOMIES D ÉNERGIE, ÉNERGIES RENOUVELABLES ET PRATIQUES ÉCOLOGIQUES

Repérage de l artillerie par le son.

Q6 : Comment calcule t-on l intensité sonore à partir du niveau d intensité?

CONSTRUCTION D UN CHAUFFE EAU SOLAIRE

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Extinction. Choisissez votre système d extinction. Qu'est-ce qu'un système d extinction? Les principes du feu

Production d eau chaude sanitaire thermodynamique, que dois-je savoir?

Mario Geiger octobre 08 ÉVAPORATION SOUS VIDE

fermacell combiné avec un chauffage au sol Version juin 2013

1 Mise en application

Problèmes sur le chapitre 5

Baccalauréat L spécialité, Métropole et Réunion, 19 juin 2009 Corrigé.

Que nous enseigne la base de données PAE?

B2.- Performances acoustiques de divers éléments de construction

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

La gravure. *lagravureparvoiehumide *lagravuresèche

Décharge électrostatique

1 ère partie : tous CAP sauf hôtellerie et alimentation CHIMIE ETRE CAPABLE DE. PROGRAMME - Atomes : structure, étude de quelques exemples.

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Formation Bâtiment Durable :

Fonctions de deux variables. Mai 2011

315 et 495 sont dans la table de 5. 5 est un diviseur commun. Leur PGCD n est pas 1. Il ne sont pas premiers entre eux

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

Comment aborder l Optimisation énergétique de salles anciennes et hétérogènes?

Le béton léger prêt à l emploi, la solution idéale pour les applications intérieures et extérieures

Mesures et incertitudes

Transcription:

DNS Sujet Problème I : Cryostat...1 I.Préliminaires...2 II.Modèle continu...2 III.Étude du cryostat...2 Problème II : Régime instationnaire...3 Problème I : Cryostat Les parois métalliques seront assimilées à des corps noirs. La constante de Stefan-Boltzmann est =5,67.10 8 W.m 2. K 4. Un récipient contenant de l'azote liquide a une forme de ballon sphérique, de rayon R=10 cm, entouré d'une couche de polystyrène d'épaisseur e=5cm et de conductivité thermique =0,035 W. m 1. K 1. La température de l'azote est T a =77 K et la température extérieure vaut T e =300K. On suppose le contact thermique parfait en r=r e. Le récipient est ouvert sur l'extérieur par l'intermédiaire d'un tube de décompression très étroit. La chaleur latente massique de vaporisation de l'azote à 77 K est L v =0,20.10 6 J.kg 1.La masse volumique de l'azote liquide est =808 kg.m 3. Le problème est supposé à symétrie sphérique ( malgré le tube de décompression ) et l'on se place en régime stationnaire. Le laplacien scalaire d'une fonction f r en coordonnées sphériques s'écrit : 1/15

f = 1 r d 2 r f r d r 2. I. Préliminaires La loi de Fourier traduisant la transmission de la chaleur par conduction dans un mi-lieu continu, homogène et isotrope au point M r à l'instant t s'exprime de la façon suivante : j r,t = grad T r,t. 1. Que représente le vecteur j? En quelle unité s'exprime son intensité? 2. Dans un milieu de masse volumique, de capacité calorifique massique c et de conductivité thermique, l'équation de la chaleur s'écrit : T t =D T. Quelle est l'unité de D et quelle est la nature de cette grandeur? 3. Calculer la masse d'azote contenue dans le récipient. II. Modèle continu 4. Déterminer la répartition de température T r en régime permanent dans l'enveloppe de polystyrène. Expression littérale et application numérique. 5. Exprimer le flux thermique. Dans quel sens ce flux est-il dirigé? 6. Exprimer la masse M d'azote qui s'évapore par unité de temps en fonction de, R, e, T e, T a et L v. 7. Calculer et M. Exprimer M en kg.h 1. III. Étude du cryostat 2/15

Pour améliorer les performances, le récipient est modifié. L'enceinte de rayon R contenant l'azote liquide est maintenant séparée d'une autre enceinte métallique, de rayon R e', par un espace vide de toute matière et d'épaisseur e' =1cm. La température de l'enveloppe intermédiaire en r=r e' est notée T i. Les échanges, entre les deux enveloppes métalliques se font donc uniquement par rayonnement. Cette deuxième enceinte est entourée par une épaisseur e' '=4cm de polystyrène. Les échanges à la surface extérieure de la couche isolante (interface air-polystyrène) sont maintenant supposés conducto-convectifs de coefficient h=10 W.m 2. K 1. La température de cette surface extérieure est notée T s. 8. Préciser les expressions des flux rayonnés entre les deux enveloppes. 9. Donner diverses expressions pour. Vérifier que le nombre d'équations écrites est égal au nombre d'inconnues. 10.Donner l'expression de la température T i en fonction de T s et des données T e, h, R, e', e' ',. 11.Quelle équation détermine la température T s? 12.Déterminer, en utilisant la calculatrice, la valeur numérique de T s puis celle de T i. 13.Calculer et M masse d'azote qui s'évapore par unité de temps. Problème II : Régime instationnaire On considère un cylindre de longueur L compris entre x=0 et x= L, de diffusivité égale à D. Il n'y a pas de sources d'énergie dans le cylindre. Le cylindre est thermiquement isolé sur sa paroi latérale. Au niveau des sections terminales, la température est maintenue à T a. Le problème est supposé unidimensionnel selon x de sorte que T =T x,t. On connait la répartition de température initiale dans le cylindre T 0 x =T x,t=0. 1. Application: quelle sera, dans le cas particulier étudié ici, la répartition finale ( en régime stationnaire ) de température dans le cylindre T x =T x, t=? 2. On pose dans la suite x, t =T x,t T x qui désigne l'écart de température par rapport à l'équilibre. Quelle est l'équation différentielle aux dérivées partielles vérifiée, dans le cas général, par x,t? 3. On décide de rechercher si une solution à variable séparée est possible pour ce problème. On cherche donc une solution de la forme x,t = f x g t. En reportant dans l'équation différentielle, montrer que les variables se séparent effectivement et que l'on obtient G t =F x avec G t = g ' t. Préciser F x. g t 4. Justifier alors que G t =constante et F x =constante. Préciser la dimension de cette constante. 3/15

5. Étudier alors la solution de G t =constante selon le signe de la constante. En déduire que cette constante ne peut pas être positive. A quelle solution la constante nulle correspond-elle? Dans la suite, on désigne provisoirement cette constante inconnue par constante= 1. 6. Déterminer f x dans ce cas en utilisant deux constantes arbitraires supplémentaires. 7. Application: porter les conditions aux limites ( C.L. ) pour le cas particulier étudié ici et déduire qu'il existe une infinité de solutions ou modes. Écrire x,t sous la forme d'une somme de tous les modes possibles. Pour simplifier, on choisit en plus ici un état initial simple ( C.I. ) pour la tige: on suppose donc T 0 x =T a T MAX T a sin x L. 8. En déduire pour le cas étudié l'expression de T =T x,t. 9. Tracer T x,t en fonction de x pour différentes valeurs de t. 10.Application numérique: L=0,100 m T a =0 C T MAX =50 C =376 W.m 1. K 1 c=420 J.kg 1.K 1 =8,9. 10 3 kg.m 3 Calculer la valeur numérique du temps caractéristique. A quel instant la température au milieu de la tige est-elle égale à T MAX 2 A quel instant la température au milieu de la tige est-elle égale à T MAX 10?? 4/15

5/15

6/15

7/15

8/15

9/15

10/15

11/15

12/15

13/15

14/15

15/15