LES TRANSFERTS THERMIQUES

LES TRANSFERTS THERMIQUES

LA CONVECTION

La convection est le transfert de chaleur entre un fluide et un solide. En général le fluide est représenté par l’air et le solide par une paroi ou une surface quelconque. La convection a lieu chaque fois qu’il existe un contact entre un fluide et un solide à une température différente. En effet, une différence de température génère une différence de densité. Cette dernière se traduit par un mouvement du fluide d’où le transfert de chaleur.

Selon le mécanisme qui provoque le mouvement du fluide la convection peut être naturelle ou forcée. Elle est dite naturelle ou libre si le mouvement du fluide est provoqué uniquement par la différence de densité résultante de la différence de température sur les frontières et de l’effet de gravité. Par contre, la convection est forcée lorsque le mouvement du fluide est imposé par une intervention extérieure, souvent par des moyens mécaniques tels un ventilateur ou une pompe. Il est à noter que la rapidité de la transmission dépend largement du mouvement du fluide. Il s’avère donc nécessaire de considérer le mécanisme d’écoulement du fluide ou le régime d’écoulement de fluide. 

Mécanisme d’écoulement d’un fluide 

Régime laminaire

L’écoulement est dit laminaire lorsque les particules se déplacent parallèlement à la paroi. En régime permanent l’écoulement du fluide est unidirectionnel. Il s’effectue lentement et par couches pratiquement indépendantes. LES TRANSFERTS THERMIQUES. Première partie : Généralités NOROSOA Vololonirina Suzanne 9 Figure 1:Ecoulement de fluide en régime laminaire Entre deux filets adjacents, la chaleur est transmise soit : – Par conduction uniquement, si l’on considère une direction normale aux filets fluides. – Par convection et conduction si la direction considérée n’est pas normale aux filets fluides.

Régime turbulent 

L’écoulement est dit turbulent lorsque les particules se déplacent de façon tourbillonnaire et désordonné. En régime turbulent l’écoulement n’est donc pas unidirectionnel. Figure 2: Ecoulement de fluide en régime turbulent Dans ce type de régime, la transmission se fait à la fois par convection et par conduction ; celle-ci s’effectue dans la zone de turbulence.

Flux de chaleur

La théorie de convection repose sur la loi de Newton : − φ: flux de chaleur transmis par convection [W] − h : coefficient de transfert de chaleur par convection [Wm-2°C-1] − Tp : température de surface de solide [°C] − T∞ : température du fluide loin de la surface de solide [°C] Première partie : Généralités NOROSOA Vololonirina Suzanne 10 − S : aire de la surface de contact solide/fluide [m2 ] Le coefficient h dépend de plusieurs paramètres tels la nature du fluide, la température, la vitesse d’écoulement, les caractéristiques géométriques de la surface avec laquelle le fluide est en contact. De ce fait, il est assez compliqué de calculer le flux φ. Aussi pour faciliter les calculs, on a fait appel à des groupements de nombres sans dimensions qui participent au phénomène. Le tableau suivant nous donne une aperçue de ces groupements :