Transfert de chaleur par convection
Les transferts de chaleur qui s’effectuent simultanément avec des transferts de masse sont dits transferts de chaleur par convection Ce mode d’échange de chaleur existe au sein des milieux fluides dans lesquels il est généralement prépondérant La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée,
Transferts thermiques conductifs et conducto-convectifs
CHAPITRE XX TRANSFERTS THERMIQUES CONDUCTIFS ET CONDUCTO-CONVECTIFS I Présentation des différents modes de transferts thermiques I 1 Convection La convection est un mode de transfert thermique impliquant un déplacement macroscopique de matière, en général des fluides liquides ou gazeux
TRANSFERTS THERMIQUES CONVECTIFS Master 2 GdP Ph Marty 2012-13
ou` le num´erateur d´esigne le flux de chaleur qui passe effectivement a travers la paroi et le d´enominateur le flux qui circulerait si seule la conduction agissait En convection forc´ee, le nombre de Nusselt est de la forme: Nu = f(Re,Pr) En convection naturelle, il s’´ecrit: Nu = f(Gr,Pr) ou encore Nu = f(Ra,Pr) 4
Transferts thermiques Conduction - Convection Rayonnement
Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier _____ 4 • Convection thermique : A l’inverse de la conduction thermique (de type « diffusif »), la convection correspond à des transports supportés par des mouvements macroscopiques de la matière
Transferts de chaleur couplés rayonnement - conduction
Transferts de chaleur coupl´es rayonnement - conduction - convection Application `a des rideaux d’eau soumis `a une intense source radiative Composition du jury Pr´esident : J P Vantelon Directeur de recherche, LCD ENSMA-Poitiers Rapporteurs : G Flamant Directeur de recherche, CNRS PROMES-Odeillo
Chapitre 3 Transferts par convection
l’Annexe Pour les transferts de chaleur par convection, l’équivalent de la loi de Fourier, est la loi dite de Newton qui lui ressemble beaucoup en apparence et qui s’écrit : (3 1) Par rapport à la loi de Fourier, ,les différences ne sautent pas aux yeux On peut certes tout de suite noter que le rapport (dit nombre de Biot) est sans
Convection thermique - Technologue Pro
On peut donc définir la convection comme la réunion de deux modes de transfert de chaleur : la conduction qui s’effectue à l’échelle microscopique et l’advection qui est de nature macroscopique Remarque : - Lorsque le transfert de chaleur s’accompagne d’un transfert de matière, il est appelé transfert par convection
[PDF] notice explicative calcul des surfaces de plancher - Canohes
[PDF] comparatif global des isolants - Parc Eco Habitat
[PDF] Guide_des_materiaux_ isolants - Conseil général 43
[PDF] Le coefficient d 'occupation du sol (COS)
[PDF] Le coefficient d 'occupation du sol (COS)
[PDF] ALUR FICHE COS MARS 2014_nvversion
[PDF] Le coefficient d 'occupation du sol (COS)
[PDF] Le coefficient d 'occupation du sol (COS)
[PDF] Polycopié du cours Génétique formelle des eucaryotes S4
[PDF] Chapitre 12 LES FROTTEMENTS
[PDF] Le frottement dans l 'air - ULB
[PDF] Forces de frottement (ou friction) Forces de frottement visqueux
[PDF] Chapitre 25a #8211 Les coefficients de frottement [ ] N [ ] N
[PDF] Chapitre 25a #8211 Les coefficients de frottement [ ] N [ ] N
Transferts thermiques
Conduction - Convection
Rayonnement
Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 2Transferts thermiques
(Conduction, convection, rayonnement)I) Conduction (diffusion) thermique :
1 - Les différents modes de transfert thermique :
• Conduction (diffusion thermique) :Exemples :
* Cuillère métallique dont une extrémité est plongée dans de l"eau bouillante * Déperdition de chaleur à travers une fenêtre en plein hiver Dans ces deux cas, le transfert thermique considéré a lieu à travers un milieu matériel macroscopiquement au repos ; c"est au niveau microscopique que le transfert d"énergie s"effectue de proche en proche. On parle de conduction (ou diffusion) thermique. Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 3 Les métaux sont bons conducteurs thermiques (cela est dû aux électrons libres qui participent à l"échange microscopique d"énergie). Le bois, le verre, la laine de verre sont des solides mauvais conducteurs de la chaleur (et sont isolants électriques). Les liquides et les gaz présentent également une conductivité thermique, beaucoup plus faible dans le cas des gaz. La diffusion thermique, au même titre que la diffusion de particules et la conduction électrique, sont des exemples de " phénomènes de transport ». Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 4 • Convection thermique : A l"inverse de la conduction thermique (de type " diffusif »), la convection correspond à des transports supportés par des mouvements macroscopiques de la matière. Par exemple, dans un fluide (gaz ou liquide), les différences de température au sein du milieu entraînent des mouvements convectifs. L"air chaud au voisinage d"un radiateurd"une pièce d"habitation est plus léger, tend ainsi à s"élever et à être remplacé par de
l"air plus froid, provoquant de la sorte une convection qui tend à uniformiser la température de la pièce. Pour les gaz, la convection est bien plus efficace que la conduction dans un même gaz immobile. Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 5 • Rayonnement thermique : Les corps chauffés émettent un rayonnement EM. Ce phénomène est appelé rayonnement thermique. Il ne s"agit pas d"un transfert thermique a proprement parlé. En particulier, il peut se propager dans le vide alors que la conduction thermique nécessite un support matériel. Toutefois, le rayonnement thermique devra intervenir dans les bilans énergétiques comme autre cause d"échange d"énergie. Le rayonnement thermique a pour origine le mouvement des charges électriques présentes dans la matière (qui génèrent alors une onde EM) et il est d"autant plusimportant que la température est élevée. Un métal chauffé donne lieu au phénomène
d"incandescence caractérisé par une émission de lumière utilisée pour l"éclairage dans
des lampes à incandescence. Le métal apparaît d"abord rougeâtre, puis jaune, en fin de plus en plus blanc à mesure que la température s"élève. A l"inverse, à température ambiante, c"est le rayonnement infra-rouge qui domine. Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 6 On supposera dans la suite que les déséquilibres de température (responsables des phénomènes de transfert) restent faibles ; on pourra ainsi toujours définir en chaque point et à chaque instant, une température, une pression, une masse volumique, ...(axiome " d"équilibre thermodynamique local »).2 - Loi de Fourier et vecteur densité de courant de chaleur :
La présence, dans un milieu matériel sans mouvement macroscopique, d"une inhomogénéité de température fait apparaître un transfert thermique par conduction qui possède les propriétés suivantes : • Le transfert a lieu des zones les plus chaudes vers les zones les plus froides• Il est proportionnel à la surface à travers laquelle on évalue la puissance diffusée
ainsi qu"à la durée du transfert • Il augmente de manière linéaire avec le gradient de la température Joseph Fourier (1768 - 1830) a proposé une loi phénoménologique décrivant ce mode de transfert thermique par conduction : Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 7 On considère un corps dont la température dépend de x uniquement et du temps. La quantité d"énergie δQ, qui traverse par conduction thermique une surface élémentaire dS perpendiculaire à l"axe (Ox) pendant une durée dt dans le sens choisi pour l"axe (Ox) est : dtdS xtxTQoù λ (notée parfois K) est une constante positive caractéristique du matériau appelée
conductivité thermique (elle s"exprime en W.m -1.K -1. On définit le vecteur densité de courant thermique : (par analogie avec le vecteur densité de courant électrique) ),(),(;),(txTgradu xtxTujj xtxT dSdtQj xxththth -==rr r Cette dernière expression, faisant intervenir le gradient de la température, constitue la loi de Fourier. Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 8Températures
élevées Températures
basses x thjrxu xtxTr Elle se généralise à des distributions de températures dépendant des trois variables d"espace : Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 9 * Un peu de vocabulaire : (flux thermique) xththudSjdSjdtQ r r..== est le flux thermique noté Φ (c"est une puissance) ; il s"interprète comme le flux de thjrà travers la surface dS orientée.
* Quelques conductivités thermiques : (λ en W.m -1.K -1) - Gaz (λ de 0,006 à 0,18) : mauvais conducteurs - Liquides non métalliques (λ de 0,1 à 1) : conducteurs moyens (eau) - Solides métalliques (λ de 10 à 400) : excellents conducteurs (cuivre, acier) - Matériaux non métalliques (λ de 0,004 à 4) : conducteurs moyens (verre, béton, bois) ou mauvais conducteurs (laine de verre, polystyrène expansé) Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 103 - Bilan local d"énergie : (sans ou avec sources)
On considère un corps homogène (en fait, le plus souvent liquide ou solide) de masse volumique ρ, de conductivité thermique λ et de capacité thermique c. Ces grandeurs sont supposées constantes.Dans un 1
er temps, on suppose qu"il n"y a pas au sein du milieu de sources susceptibles de fournir de la chaleur localement.On applique le 1
er principe de la thermodynamique à un petit volume dSdx : tx Tc dSdx U Q dU Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 11 Finalement : (équation de conservation de l"énergie sans sources) xtxj ttxTc th∂ On suppose maintenant la présence de sources de chaleur au sein du milieu ; on note p s(x,t) la puissance volumique dégagée (de manière algébrique) par ces sources. Exemple (effet Joule) : si le matériau est parcouru par un courant électrique, le volumedSdx, de résistance électrique dR, traversé par le courant électrique di = jdS, reçoit, par
effet Joule, pendant la durée dt, l"énergie : dxdSdtjdtdSj dSdxdtdidRQ 22221)(1)(σσδ===
D"où la puissance volumique due à l"effet Joule :σ2jp
s= Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 12Le bilan énergétique devient :
dSdxdttxpdSdtdx xtxjdt ttxTcdSdx sthSoit :
),(),(),(txp xtxj ttxTc sth4 - Equation de la chaleur ou de la diffusion thermique (sans ou avec sources) :
En utilisant la loi de Fourier :
* Sans sources : ttxTc x txT 22Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 13 * Avec sources : ttxTctxp x txT s ∂),(),(1),( 22
Il n"existe de solutions analytiques de cette équation que dans des cas particuliers que l"on étudiera dans les paragraphes suivants. La solution de cette équation aux dérivées partielles dépend de constantes d"intégration qui sont déterminées par les conditions aux limites spatiales et temporelles. Si ces conditions traduisent toutes les données significatives du problème physique, la solution obtenue est unique et c"est donc la bonne ! Transferts thermiques, transparents de cours, MP, Lycée Montesquieu (Le Mans), Olivier Granier 14