Méthodes de détermination du coefficient d’échanges thermiques

INFLUENCE DU COEFFICIENT D’ECHANGE THERMIQUE SUR LE COMPORTEMENT D’UNE DALLE EN BETON RECUPERATRICE D’ENERGIE SOLAIRE EN REGIME TRANSITOIRE

INTRODUCTION

Au cours des années passées, les chercheurs dans le cadre de leurs travaux se sont basés sur différentes méthodes pratiques et théoriques pour caractériser les matériaux. . L’utilisation des matériaux pour un confort thermique dans la bâtiment ou dans le but d’économie d’énergie doit être précédé par les connaissances des propriétés intrinsèques du matériau. Dans le domaine de la thermique pour déterminer les propriétés thermo physiques que sont la conductivité ( λ ), la diffusivité (α ) et le coefficient d’échange (h) (radiatif et convectif) dépendant de la nature du matériau, des dimensions et état de la surface d’échange, des conditions expérimentales. Ainsi nous allons essayer de faire une étude bibliographique sur les principales méthodes de caractérisations des coefficients d’échange. NOTA-BENE : ces méthodes de détermination sont pour un fluide gazeux.

Méthodes de détermination du coefficient d’échanges thermiques

L’importance des transferts de chaleur fluide-paroi a été mise en évidence dans l’étude des échangeurs, des chaudières, de la trempe des alliages, du stockage thermique de l’énergie, du refroidissement des composants électroniques, du confort thermique dans l’habitat, etc.…. Ces transferts de chaleur fluide- paroi dépendent des facteurs suivants :H.T.STERNFELD et J.REINKENHOF [5] représentent le champ thermique dans un solide en contact avec un fluide par une fonction polynomiale. Les températures mesurées dans le mur permettent, par une méthode de moindres carrés, de calculer les coefficients du polynôme. La température du fluide , la conductivité et le masse volumique sont également représentées par des polynômes .Ces coefficients déterminent le coefficient h en introduisant tous ces polynômes dans une relation obtenue à partir d’un bilan d’énergie établi entre les faces extérieures du solide. V.N.KOZLOV [6] impose sur une face d’un mur, une température en fonction du temps .Devant l’impossibilité d’accéder aux valeurs extrêmes, il calcule un certain nombre de termes d’une série numérique à partir des mesures de température à l’intérieur du mur, en divers endroits. Son modèle thermocinétique lui permet de trouver le coefficient (h).

Méthodes de bilan thermique en régime permanent

Les mesures de flux de chaleur Φ et des températures de paroi permettent de trouver le coefficient d’échange par convection à partir du bilan thermique [1]. Ainsi le flux de chaleur échangé par convection entre la paroi de surface(S) et le fluide peut s’écrire : I-3-3 : Ecoulement laminaire Pour un écoulement laminaire, la vitesse est supposée uniforme mais cette même vitesse peut être fonction du temps. Les conditions axiales et les dissipations visqueuses négligées, la densité de flux quittant la paroi, donnent des résultats où le coefficient d’échange est constant de même que la température pour une abscisse donnée [7]. I-3-4 : Ecoulement turbulent H.KAWAMURA [8] estime que l’écoulement turbulent est développé et que les propriétés physiques ne sont pas fonction de la température pour les échanges entre le tube et un fluide. En superposant un échelon de puissance avec un autre mais de puissance continue, les conditions aux limites sont ainsi définies : la température du fluide constante à l’entrée du tube, la surface extérieur isolée ; Figures 1, 2,3 : Profils du coefficient en fonction de la vitesse du fluide. Ces trois courbes représentent le profil du coefficient d’échange en fonction de la vitesse de l’évolution du fluide. Nous constatons d’une manière générale que ce coefficient d’échange reste constante et égale à 14 pour la figure 1, alors que pour la figure 2 nous avons une progression du coefficient d’échange en fonction de la vitesse suivant une droite affine et enfin pour la figure 3 ce coefficient augmente suivant une allure exponentielle proportionnellement avec la vitesse du fluide. -MAC ADAMS évalue l’expression du coefficient d’échange en tenant compte des températures de la paroi Tp, du fluide T∞ et de la vitesse du vent.