上海交大巴黎高科卓越工程師學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱交大巴黎高科學(xué)院）創(chuàng)立于2012 年，由上海交通大學(xué)與法國(guó)巴黎高科工程師集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱巴黎高科集團(tuán)）為響應(yīng)教育部提出的卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃而合作創(chuàng)辦的，旨在借鑒法國(guó)高等
工程師學(xué)校的教育體系和先進(jìn)理念，致力于培養(yǎng)符合當(dāng)代社會(huì)發(fā)展需要的高水平工程師人才。法國(guó)高等工程師教育屬于精英教育體系，具有規(guī)模小、專業(yè)化程度高、重視實(shí)習(xí)實(shí)踐等特色。法國(guó)工程師學(xué)校實(shí)行多次嚴(yán)格的選拔，篩選優(yōu)秀高中畢業(yè)生通過(guò) 2 年預(yù)科基礎(chǔ)階段進(jìn)入工程師學(xué)校就讀。此類(lèi)學(xué)校通過(guò)教學(xué)緊密結(jié)合實(shí)際的全方位培養(yǎng)模式，使其畢業(yè)生具備精良的工程技術(shù)能力，優(yōu)秀的實(shí)踐、管理能力與寬廣的國(guó)際視野、強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，為社會(huì)輸送了大批實(shí)用型、專家型的人才，包括許多國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人、學(xué)者、企業(yè)高層管理人員。巴黎高科集團(tuán)匯集了全法富聲譽(yù)的 12 所工程師學(xué)校。上海交通大學(xué)是我國(guó)歷史悠久、享譽(yù)海內(nèi)外的高等學(xué)府之一，經(jīng)過(guò) 120 余年的不斷歷練開(kāi)拓，已然成為集綜合性、研究性、國(guó)際化于一體的國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際知名大學(xué)。此次與巴黎高科集團(tuán)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，創(chuàng)立了獨(dú)特的預(yù)科基礎(chǔ)階段 工程師階段人才培養(yǎng)計(jì)劃，交大巴黎高科學(xué)院學(xué)制為4 年本科 2.5 年碩士研究生。其中初三年的預(yù)科基礎(chǔ)階段不分專業(yè)，課程以數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)和物理、化學(xué)為主，目的是讓學(xué)生具備扎實(shí)的數(shù)理化基礎(chǔ)，構(gòu)建全面完整的知識(shí)體系，具備獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的實(shí)踐能力等。預(yù)科基礎(chǔ)教育階段對(duì)于學(xué)生而言，是隨后工程師專業(yè)階段乃至日后整個(gè)職業(yè)生涯的基礎(chǔ)，其重要性顯而易見(jiàn)。
交大巴黎高科學(xué)院引進(jìn)法國(guó)工程師預(yù)科教育階段的大平臺(tái)教學(xué)制度，即在基礎(chǔ)教育階段不分專業(yè)，強(qiáng)調(diào)打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)。首先，學(xué)院注重系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)，每周設(shè)有與理論課配套的習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)課，加強(qiáng)知識(shí)鞏固和實(shí)踐。再者，學(xué)院注重
跨學(xué)科及理論在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。所有課程均由同一位教師或一個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)連貫地完成，這為實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科教育奠定了關(guān)鍵性的基礎(chǔ)。一些重要的數(shù)理課程會(huì)周期性地循環(huán)出現(xiàn)，且難度逐漸上升，幫助學(xué)生數(shù)往知來(lái)并學(xué)會(huì)觸類(lèi)旁通、舉一反三。
后，學(xué)院注重系統(tǒng)性的考核方式，定期有口試、家庭作業(yè)和階段考試，以便時(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。
交大巴黎高科學(xué)院創(chuàng)辦至今，已有將近 8 個(gè)年頭，預(yù)科基礎(chǔ)階段也已經(jīng)過(guò) 9屆學(xué)生的不斷探索實(shí)踐。學(xué)院積累了一定的教育培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，歸納、沉淀、推廣這些辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)都適逢其時(shí)。因此交大巴黎高科學(xué)院與上海交通大學(xué)出版社聯(lián)合策劃出
版中法卓越工程師培養(yǎng)工程系列圖書(shū)。
劉增路
2020 年 9 月于
上海交通大學(xué)
1 DIFFUSION DE PARTICULES · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1
1.1 LOIS PHÉNOMÉNOLOGIQUES· · · · · · · · · · · · 1
1.1.1 Transports de Particules Loi de Fick1
1.1.2 La loi de Fick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1.2 ÉQUATION DE LA DIFFUSION · · · · · 6
1.2.1 Diffusion en régime stationnaire6
1.2.2 Régimes dépendant du temps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
1.2.3 Conditions aux limites de léquation de diffusion. . . . . . . . . . . . .8
1.2.4 Exemples de solutions non stationnaires de léquation de diffusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 INTERPRÉTATION STATISTIQUE·16
1.4.2 Relation dEinstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
EXERCICES 1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 20
2 DIFFUSION THERMIQUE· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23
2.1 LOIS GÉNÉRALES ·23
2.1.1 Introduction . .23
2.1.2 Vecteur densité de courant thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1.3 Loi de Fourier de la conduction thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.4 Analogie entre les lois phénoménologiques de transport . . . . . . 26
2.1.5 Diffusion thermique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.6 Conditions aux limites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2 EXEMPLES DE SOLUTIONS DE LÉQUATION DE DIFFU
SION THERMIQUE · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·31
2.2.1 Perturbation spatiale sinusodale31
2.2.2 Onde plane de diffusion thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.3 Conduction Thermique en Régime permanent. . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.4 Transport thermique unidirectionnel permanent . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.5 Autres géométries simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.6 Conductance et résistance thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2.7 Association de résistances thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.8 Création dentropie lors dun transfert thermique permanent 40
2.2.9 Exemple de système thermiquement actif en régime permanent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.10 Transfert thermique en régime quasi permanent . . . . . . . . . . . . 44
2.3 COMPLÉMENTS· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·46
2.3.2 Utilisation de lanalyse de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
EXERCICES 2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 52
3 PHÉNOMÈNES DE CONVECTION· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 55
3.1 TRANSPORT CONVECTIF · · ·55
3.1.1 Notion de particule fluide55
3.1.2 Dérivée particulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.3 Transport de la quantité de mouvement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2 TRANSFERT CONDUCTOCONVECTIF ENTRE UN SOLIDEET UN FLUIDE · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 65
3.2.1 Loi phénoménologique de transfert65
3.2.2 Conséquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.3 Modèle simple du transfert conducto-convectif . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2.4 Exemples de situations avec transfert conducto - convectif. . . 70
3.3 INSTABILITÉS· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·73
3.3.1 Instabilité de Rayleigh-Bénard73
3.3.2 Instabilité de Taylor-Couette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
EXERCICES 3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 86
4 TRANSFERTS THERMIQUES RADIATIFS · · · · · · · · · · · · 91
4.1 INTERACTION MATIÈRE RAYONNEMENT ·91
4.1.1 Absorption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
4.3.1 Loi de Planck106
4.3.2 Effet de serre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
EXERCICES 4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 112
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