Définition des flux de chaleur sensible et latente en terme

Title: Chaleur latente, sensible, massique Author: jjmiloche Created Date: 1/23/2014 9:53:17 AM

ENERGIE THERMIQUE ET B - AlloSchool

Définition Chaleur latente massique de vaporisation LV: La chaleur latente massique LV de fusion d'un corps pur est l'énergie thermique nécessaire pour transformer totalement à 1 kg de ce corps de l'état liquide à l'état gazeux à température V et pression constante Expression de l'énergie thermique:

TP1 Chaleur latente de fusion de la glace

chaleur "sensible") soit, a un changement d'état (on parle alors de chaleur "latente") DÉFINITIONS ¾ Un système c’est un ensemble des corps "regroupés", caractérisés par une même valeur de T et pouvant échanger de la chaleur avec un autre système

Définition des flux de chaleur sensible et latente en terme

Une nouvelle « chaleur latente » en fait la « différence d’enthalpie entre l’air sec et la vapeur d’eau » Impacts dans l’atmosphère du remplacement de l’air sec par de la vapeur d’eau (si évaporisation ou sublimation au sol) Lsub (T) =hv (T)−hi (T) Chaleur latente de sublimation (différence entre les enthalpies) pd r href

n-pentane/isopentane

Chaleur latente de vaporisation au point d’ébullition kj/kg 357 Point d’éclair coupe fermée °C 200 λ à 25°C mW/m °K 15 N O V E X P A N S

ENERGIE THERMIQUE ET B - chimiephysiquenet

cours 3BC complet - LNW

La chaleur Q cédée par un gaz de masse m lors de sa condensation se calcule par la formule : Q = −m·L V < 0 avec L V la chaleur latente de vaporisation du corps 3 5 Apport de chaleur : les diﬀérentes étapes en résumé Considérons un corps solide de masse m qui se trouve initialement à la température θ init

Energie thermique – Transfert thermique

chaleur latente de fusion de l’eau glace : Lfus = 334∙103 J∙kg-1 chaleur latente de vaporisation de l’eau liqude : Lvap = 2,26∙106 J∙kg-1 Lors de son changement d’état, la masse m d’un corps pur échange avec l’extérieur l’énergie : Q=m Lchang Q : énergie échangée en joule (J) m : masse du corps en kilogramme (kg)

TP de Thermodynamique - Bejaia

En termes de capacité caloriﬁque, de capacité thermique massique et de chaleur latente de fusion, l’éq (1 8)s’écritsouslaforme m g [L f + c e (T E 0)] + m e c e (T E T e) + C cal (T E T e) = 0 (1 11) où m g est la masse de l’échantillon de glace et L f la chaleur latente de fusion de la glace dont les unités sontJ Kg 1

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Définition des flux de chaleur sensible et latente en terme de flux d"enthalpie

Liens entre bilans d"énergie en surface

et flux turbulents atmosphériques

Ateliers de Modélisation de l"Atmosphère

Toulouse, 19 Janvier 2015

Plan de l"exposé

2 ····Rappels : bilan d"énergie en surface ; flux de chaleur sensible et latente 1

Conclusions-Perspectives

Premier tests faits avec ARPEGE-PNT

3 ····Expressions alternatives : flux de l"enthalpie de l"air humide 2 Montgomery (1948) ; Businger (1982) ; Marquet (2015)

Plan de l"exposé

3 ····Rappels : bilan d"énergie en surface ; flux de chaleur sensible et latente 1

·Conclusions-Perspectives

·Premier tests faits avec ARPEGE-PNT

3 ·Expressions alternatives : flux de l"enthalpie de l"air humide 2 Montgomery (1948) ; Businger (1982) ; Marquet (2015) 4 Bilan d"énergie en surfaceÉquation pour la température de surface : deepnetsurf gGLHSHRdtdTC+++=

Capacité calorifique du sol

Tendance de la

température de surface

Bilan du rayonnement :

LW + (1-a) SW

Flux de chaleur :

"Sensible" SH (T) "Latente" LH (q v)

Échanges avec

l"atmosphère :

Flux turbulents

Flux de

chaleur : sol profond 5

Bilan d"énergie en surface

échanges entre surface et atmosphère = flux turbulents

Question

: flux turbulents de quelle(s) énergie(s) • Réponses usuelles

Flux de chaleur " sensible / T» :

Flux de chaleur " latente /q

v» : ou

Flux d"énergie " potentielle / ffff= g z» :

")"(TwcSH pr ")"(vvapqwLLH r ")"(vsubqwL r ")"(fr wPE» ")"()"()"(qrqfr wTcTcwPESH pp • Autre possibilité : (SURFEX)

Plan de l"exposé

6 ····Rappels : bilan d"énergie en surface ; flux de chaleur sensible et latente 1

····Conclusions-Perspectives

4 ····Premier test faits avec ARPEGE-PNT 3 ····Expressions alternatives : flux de l"enthalpie de l"air humide 2

Montgomery

(1948) ;Businger (1982) ; Marquet (2015) 7

Bilan d"énergie en surface

Flux turbulents = échanges surface atmosphère = " SH + LH + PE »

Questions

: est-ce aussi évident que cela ? peut-on le déduire de principes généraux ?• Approche générale

Montgomery(J. Meteor., 1948, p.265-274) "

Vertical eddy flux of heat

in the atmosphere

Businger(JAS, 1982, p.1889-1892) "

The fluxes of specific enthalpy,

sensible heat and latent heat near the Earth"s surface •Flux de chaleur " sensible + latente flux d"enthalpie de l"air humide avec en plus le flux d"énergie " potentielle / ffff= g z», mais Pourquoi 8

Bilan d"énergie en surface

·Flux turbulents d"énergie =

échanges surface atmosphère

·Chaleur

reçue par la surface = celle perdue par l"atmosphère ( surface ) ( atmosphere )

Principes généraux

• 3 formes d"énergies • 3 équations de bilan • cinétique • interne • potentielle 2/)(

222wvue

cin intilv qqqTezge pot =f 9

Bilan d"énergie en surface

·Flux turbulents d"énergie =

échanges surface atmosphère

·Chaleur

reçue par la surface = celle perdue par l"atmosphère nr ( surface ) ( atmosphere ) int radcincinFdivUehdivee t frfr bilan local des 3 énergies intégration 3D globale + Green-Ostrogradski : hwtE tot cinradewF r-- cinpottotEEEE+ int r/ int peh+

Enthalpie :

Bilan d"énergie en surface

·Flux turbulents d"énergie =

échanges surface atmosphère

·Chaleur

reçue par la surface = celle perdue par l"atmosphère nr ( surface ) ( atmosphere ) hwtE tot cinradewF r-- cinpottotEEEE++= int r/ int peh+

Enthalpie :

Reynolds :

")"(XwXwXw rrr deepnetsurf gGR dtdTC+= + bilan en surface : ")"(")"(frr whw++ )"()"(tkew r

Conclusion

: (SH+LH) = flux de ( h+ ffff) ?

Plan de l"exposé

11 ····Rappels : bilan d"énergie en surface ; flux de chaleur sensible et latente 1

····Conclusions-Perspectives

4 ····Premier test faits avec ARPEGE-PNT 3 ····Expressions alternatives : flux de l"enthalpie de l"air humide 2

Montmogery (1948) ; Businger (1982) ; Marquet

(2013, 15)

Calculs de l"enthalpie

de l"air humide "h" 12 Enthalpie spécifique = une somme pondérée :

Une solution possible = " 3ème principe

h=0 pourT=0 K (Marquet : AMA- janvier 2013 / QJRMS early-view 2015)

Montgomery

etBusinger = difficultés pour calculer "h", car il faut connaître les valeurs de références ( h d )r / ( h v )r / ...

à multiplier parq

d/q v/ ...variables qdqvqlqi rT rh

Calculs de l"enthalpie

de l"air humide "h" 13 isublvapthpdrefqLqLqLTchh (Marquet : AMA- janvier 2013 / QJRMS early-view 2015)

Au final on trouve :

Chaleur latente de vaporisation(différence entre les enthalpies) )()()(ThThTL lvvap )()()(ThThTL dvh

Une nouvelle " chaleur latente »

en fait la " différence d"enthalpieentre l"air sec et la vapeur d"eau Impacts dans l"atmosphère du remplacement de l"air sec par de la vapeur d"eau (si évaporisation ou sublimation au sol) )()()(ThThTL ivsub Chaleur latente de sublimation(différence entre les enthalpies) rpdrdrefTchh (une vraie constante)

Calculs du flux d"enthalpie

de l"air humide 14 isublvapthpdrefqLqLqLTchh ")"(hwF h r ")"(TwF T r ")"(vvqwF r vhTphFLFcF ihsublvaphvhpdrefqLLqLLqLTchh

Flux de "chaleur sensible"

Flux d"enthalpie

Flux de "chaleur latente"

)()()(ThThTL dvh

Problème : comment calculer :

Diagramme des chaleurs latentes

Lvap et Lsub 16

Diagramme des chaleurs latentes

Lvap ,Lsub et Lh ----8%8%8%8%++++4%4%4%4% ++++8%8%8%8% ----9%9%9%9% (+(+(+(+6%)6%)6%)6%) en moyenne DDDD(LE) »»»»+6% ? )()()(ThThTL dvh kJ/kg2603)( 0» TL h Lh(T) proche et intermédiaire entreLvap (T) etLsub (T) !

Plan de l"exposé

17 ····Rappels : bilan d"énergie en surface ; flux de chaleur sensible et latente 1

····Conclusions-Perspectives

Premier tests faits avec ARPEGE-PNT

3 ····Expressions alternatives : flux de l"enthalpie de l"air humide 2 Montmogery (1948) ; Businger (1982) ; Marquet (2015) 18

Simulations ARPEGE-PNT avec

ISBA(arp_ground_param)

Simulations ARPEGE-PNT avec

ISBA(arp_ground_param)

Simulations ARPEGE-PNT avec

ISBA(arp_ground_param)

Simulations

ARPEGE-PNT

ISBA(arp_ground_param)

T1198 / c2.2 / T105Flux " latent » : LHmoyennes [J+1/J+2/J+3]

LH(ref):---- 93.7493.7493.7493.74

W/m 2

LH(ref)

LH(test):---- 100.04100.04100.04100.04

W/m 2

LH(test)

DDDD(LH):

---- 6.16.16.16.1 W/m 2 < < < < 0 0 0 0 Atm (+6.4%) (+6.4%)(+6.4%)(+6.4%) 22

ARPEGE-PNT / ISBA

(arp_ground_param)

T1198 / c2.2 / T105

---- DDDD (LH) et

DDDD(GLOBAL)

TOA-SFC

moyennes [J+1/J+2/J+3] ---- DDDD (LH): + 6.1+ 6.1+ 6.1+ 6.1 W/m 2 ---- DDDD (LH) TOA SURF GLOBAL+11.89 +10.8 +1.1 +11.89 +10.8 +1.1 +11.89 +10.8 +1.1 +11.89 +10.8 +1.1 (ref) +11.86 +11.86 +11.86 +11.86 +5.0 + 6.9+5.0 + 6.9+5.0 + 6.9+5.0 + 6.9 (test)

DDDD(GLOBAL)

TOA-SURF

DDDD(GLOBAL)

TOA-SURF :+ 5.8+ 5.8+ 5.8+ 5.8

W/m 2 23

ARPEGE-PNT / ISBA

(arp_ground_param)

T1198 / c2.2 / T105

DDDD(T-2m)

moyenne (J+1) et (J+4) moyenne (J+3) et (J+4) 23

DDDD(T-2m) (24h+96h)/2DDDD(T-2m) (84h+96h)/2

Conclusions - Perspectives

24
Il est donc possible de calculer le flux d"enthalpie (de l"air humide) •On trouveF h » » » »c pF T+LhF v avec

Lhdifférent/proche deL

vap etL sub •Ce flux d"enthalpie est du type "SH " + "LH "/ impact

»»»»6 W/m

2pour "

LhF v" •Pas si faible que ça (6%) / et Lh(T )/ avec un changement de paradigme explications physiques pour

Lhdifférent/proche deL

vap etL sub •Proche de ISBA-ARPEGE oùSH+LH =c pT"> + ffff"> + Lvap •Peut-être moins simple pour SURFEX, car ¹c p< w" qqqq"> + Lvap < w"q v"> donc liens moins évidents avec les flux turbulents du typec p< w" q l"> ? •Facile de prendre en compteq l¹0 etq i¹0 dansF h (brouillard) •Impacts sur l"équation deT surf , mais aussi sur les bilans atmosphériques 25

Merci / Questions ?

"The sensible and latent heat fluxes are containedin the total enthalpy flux of moist air".

Maarten Ambaum (2010) / Ass. Prof. Univ. Reading

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7U...À!{ÈzSyBqòÍ

quotesdbs_dbs26.pdfusesText_32

[PDF] Définition des flux de chaleur sensible et latente en terme

Liens entre bilans d"énergie en surface

Ateliers de Modélisation de l"Atmosphère

Toulouse, 19 Janvier 2015

Plan de l"exposé

Conclusions-Perspectives

Premier tests faits avec ARPEGE-PNT

Plan de l"exposé

·Conclusions-Perspectives

·Premier tests faits avec ARPEGE-PNT

Capacité calorifique du sol

Tendance de la

Bilan du rayonnement :

LW + (1-a) SW

Flux de chaleur :

Échanges avec

Flux turbulents

Flux de

Bilan d"énergie en surface

Question

Flux de chaleur " sensible / T» :

Flux de chaleur " latente /q

Flux d"énergie " potentielle / ffff= g z» :

Plan de l"exposé

····Conclusions-Perspectives

Montgomery

Bilan d"énergie en surface

Questions

Montgomery(J. Meteor., 1948, p.265-274) "

Vertical eddy flux of heat

Businger(JAS, 1982, p.1889-1892) "

The fluxes of specific enthalpy,

Bilan d"énergie en surface

·Flux turbulents d"énergie =

échanges surface atmosphère

·Chaleur

Principes généraux

222wvue

Bilan d"énergie en surface

·Flux turbulents d"énergie =

échanges surface atmosphère

·Chaleur

Enthalpie :

Bilan d"énergie en surface

·Flux turbulents d"énergie =

échanges surface atmosphère

·Chaleur

Enthalpie :

Reynolds :

Conclusion

Plan de l"exposé

····Conclusions-Perspectives

Montmogery (1948) ; Businger (1982) ; Marquet

Calculs de l"enthalpie

Une solution possible = " 3ème principe

Montgomery

à multiplier parq

Calculs de l"enthalpie

Au final on trouve :

Une nouvelle " chaleur latente »

Calculs du flux d"enthalpie

Flux de "chaleur sensible"

Flux d"enthalpie

Flux de "chaleur latente"

Problème : comment calculer :

Diagramme des chaleurs latentes

Diagramme des chaleurs latentes

Plan de l"exposé

····Conclusions-Perspectives

Premier tests faits avec ARPEGE-PNT

Simulations ARPEGE-PNT avec

ISBA(arp_ground_param)

Simulations ARPEGE-PNT avec

ISBA(arp_ground_param)

Simulations ARPEGE-PNT avec

ISBA(arp_ground_param)

Simulations

ARPEGE-PNT

ISBA(arp_ground_param)

LH(ref):---- 93.7493.7493.7493.74

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