Transfert thermique

Pages: 6 (1455 mots) Publié le: 3 décembre 2012
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Transferts thermiques Chapitre 8 Transfert thermique par conduction Régimes permanents
I Introduction générale aux transferts thermiques Notre étude de la thermodynamique nous a montré qu’elle est essentiellement basée sur deux principes mesurant la variation d’énergie entre un état initial et un état final. Dans la majorité des cas cette variation est due à des échanges de travail etthermique (chaleur). Pratiquement on travaille sur les fonctions d’états U (H) et S qui ont la propriété de ne dépendre que des états initial et final. Ainsi on n’étudie pas la nature et la durée de l’interaction du système avec « l’extérieur » qui est à l’origine de la variation de l’état du système. Lorsqu’on parle de « transferts thermiques » on cherche à expliquer la façon dont les transferts dechaleur se font ainsi que leur vitesse. Le second principe de la thermodynamique spécifie que le transfert de chaleur se fait du corps chaud vers le corps froid, ou de façon équivalente d’une température élevée vers une température plus basse. Le système ne sera donc pas en équilibre thermique durant le transfert. L’approche qu’on va poursuivre est essentiellement phénoménologique, c’est à dired’origine expérimentale, et macroscopique (on ne s’intéressera pas aux processus microscopiques en jeu) Ainsi on parle de transfert thermique pour décrire un échange de chaleur lié à une différence de température. Plusieurs modes de transfert vont être étudiés mais dans tous les cas on peut définir la puissance transmise entre deux points de températures différentes T1>T2 : P = h S (T1-T2) L’unité de Pest le Watt (W) ou Joule/s Cette relation est connue sous le nom de loi de Newton, S est la surface au travers de laquelle le transfert se fait, h un coefficient de transfert de chaleur en W m-2 K-1. Le but de l’étude thermique est souvent de déterminer h. Il existe trois modes principaux de transfert thermique : la conduction, la convection et le rayonnement. 1. La conduction C’est le mode detransfert qui apparaît toujours dans un fluide ou un solide dés qu’il y a un gradient de température. Il s’agit d’un transfert thermique de proche en proche par chocs microscopiques entre particules d’énergie différente, les particules les plus énergétiques transmettant de l’énergie cinétique à celles qui en ont moins. D’un point de vue phénoménologique elle est décrite par la loi de Fourier (voirII)

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La convection

C’est un mode de transfert observable dans un fluide en mouvement. Il est donc lié à un transfert de masse macroscopique. La convection peut prendre plusieurs formes : • le fluide, par son mouvement d’ensemble, véhicule de l’énergie thermique • un transfert d’énergie a lieu entre un fluide et une paroi correspondant à la surface du fluide. Au voisinage immédiat dela paroi, le transfert est surtout conductif car la vitesse du fluide est très faible (même nulle sur la paroi elle même). Mais lorsqu’on s’éloigne de la paroi la vitesse du fluide croît et les effets convectifs deviennent importants jusqu’à devenir dominants. En fait le processus de convection est presque toujours associé à de la conduction. Ici on s’intéressera uniquement à ce deuxième type detransfert de chaleur convectif souvent appelé conducto-convectif. 3. Le rayonnement

Le transfert d’énergie par rayonnement, contrairement aux deux précédents, ne nécessite pas de milieu matériel. Le transport se fait par des ondes électromagnétiques. Le corps chaud émet des photons, donc une onde qui est absorbée par le corps froid et transformé en chaleur. Un exemple typique de ce mode detransfert est le chauffage de la Terre par la lumière solaire. On verra que dans ce cas (chapitres suivant) la puissance transmise n’est plus fonction de la température mais de la puissance 4 de cette température et P∝ (T14-T24) II Diffusion de la chaleur par conduction : loi de Fourier A. Bref historique

La nature de « la chaleur » n’a vraiment été comprise qu’à la fin du XIXème siècle avec le...
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