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CONDUCTION Introduction Loi de la conduction Mise en équation du bilan thermique Conduction dans les solides, en régime permanant • Surface plane simple • Surfaces planes en série • Surfaces planes en parallèle • Surface cylindrique simple • Surfaces cylindriques concentriques • Surfaces sphériques • Ailette Exercices d’application CONDUCTION 1 INTRODUCTION Dans ce chapitre, nous allons établir l’équation de conservation de l’énergie thermique par bilan sur un élément de volume, en se basant sur la loi de conduction. Chaque terme du bilan sera explicité, puis nous nous intéresserons à des cas simples, comme un volume plan ou un volume cylindrique. CONDUCTION 2 Loi de la conduction Définitions La conduction thermique est le mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement appréciable de matière. • gaz et liquides: agitation moléculaire; • solides non-conducteurs: vibrations des réseaux cristallins; • métaux conducteurs: déplacement d'électrons libres. CONDUCTION 3 Loi de la conduction (Définitions) La température d’un corps est variable Régime permanent ou stationnaire Régime transitoire ou variable Ө=f(x,y,z,t) Ө=f(x,y,z) Surfaces mobiles et déformables Surfaces isothermes CONDUCTION 4 Loi de la conduction Transfert de chaleur spontané Région Өélevée Quantité de chaleur échangée (Joule) Région Өbasse Flux thermique (W) dQ dt Densité de flux thermique (W/m2) ? S dQ Sdt CONDUCTION 5 Loi de Fourier Système à une dimension grad S1 S2 1 2 d dQ dSdt Étude expérimentale: x dx cœfficient de proportionnalité, caractéristique du milieu considéré Gradient de la fonction Ө dans la directiond normale à dS Densité de flux thermique: dx Écoulement de chaleur dans le sens des températures décroissantes CONDUCTION 6 Loi de Fourier Système à trois dimensions Hypothèses: • Milieu isotrope : = Constante • Variation de la température dans les trois directions de l’espace y j ? Ф i x k z θ x y z θ θ x y z x i y j z k λ x i y j z k grad CONDUCTION 7 Loi de Fourier Les lignes de force ou lignes de courant de chaleur du champ thermique, φ, sont rectilignes et perpendiculaires aux surfaces isothermes. Les lignes de forces qui s’appuient sur une courbe fermée forment un tube de force ou tube de courant. Dans un tel tube le flux thermique est conservatif, en régime permanent. La loi de Fourier a servi de base à la loi d’Ohm, d’où la résolution, de nombreux problèmes de conduction, se fait de façon analogue en étudiant le passage du courant électrique dans un système conducteur. CONDUCTION 8 Conductivité thermique = élevée Grandeur physique faible (W/mK =W/m°C ) Matériau isolant Matériau conducteur Nature du matériaux Température Solides Gaz Liquides 0 1 a = F(Ө) conductivité thermique du matériau à 0K coefficient caractéristique de chaque matériau = F(P) a<0 , pour la plupart des métaux et alliages a>0, pour de nombreux matériaux isolants CONDUCTION 9 Conductivité thermique Matériaux de construction Évolution avec l'humidité λ λ 0e 0,08 H Humidité relative Conductivité thermique (%) du matériau sec Un matériau humide est plus conducteur de la chaleur qu’un matériau sec CONDUCTION 10 Conductivité thermique des métaux Substance T(°C) (kcal/hm°C) cuivre 18 330 100 327 18 40 100 38 100 177 300 230 600 364 Acier Aluminium CONDUCTION 11 Conductivité thermique des liquides substance Eau Plomb Métaux fondus mercure Sodium T(°C) (kcal/h m°C) 20 0,52 60 0,56 100 0,58 330 14,0 700 13,0 0 7,0 120 9,4 100 74 300 65 500 57 Utilisation de sels de sodium comme fluide caloporteur, pour le refroidissement des réacteurs nucléaires. CONDUCTION 12 Conductivité thermique des gaz (k Cal/ h m°C) Ө(K) 100 200 300 Gaz H2 O2 0,058 0,11 λ des gaz <0,008 λ des liquides < 0,016 λ des solides 0,15 0,023 CO2 - 0,008 0,014 CH4 0,09 0,019 0,029 NO - 0,015 0,022 CONDUCTION 13 Conduction dans les solides Le calorifugeage des surfaces Transfert de chaleur à travers les tubes des échangeurs Dégagement de chaleur, par effet joule dans les conducteurs CONDUCTION 14 Conduction dans les solides Équations de la conduction Régime permanent Régime transitoire avec source d’énergie Sans source d’énergie CONDUCTION 15 Équations de la conduction Hypothèses Vitesse = 0 solide Milieu homogène et isotrope Les grandeurs physico-chimiques , , CP sont supposées être, d'une part indépendantes de la température, et d'autre part, identiques dans tout le volume du solide considéré. CONDUCTION 16 Mise en équation du bilanthermique V dS n ? flux de chaleur perdu par la surface extérieure de ce volume = flux de chaleur entrant - flux de chaleur sortant Intégrale de surface ? Intégrale de volume .ndS S div dV Théorème de Green-Ostrogradski la normale est dirigée vers l'extérieur etVque, par convention, tout ce qui entre dans le volume V est compté positivement CONDUCTION 17 Mise en équation du bilan thermique n dS V P La puissance thermique P est une source interne produite par unité de volume du milieu (W.m-3) ? flux de chaleur générée = PdV V Exemples: -Transfert thermique par conduction au sein du combustible nucléaire; - Absorption de la lumière ou des micro-ondes au sein des matériaux semi-transparents ..., CONDUCTION 18 Mise en équation du bilan thermique dS V n P Régime variable =? θ dV accumulation d'énergie interne ρCp t V CONDUCTION 19 Bilan thermique dS V n P flux de chaleur entrant - flux de chaleur sortant + flux de chaleur générée = accumulation d'énergie interne Soit: div dV PdV ρC p dV V V t V θ div P ρCp t CONDUCTION 20 Équations de la chaleur Régime transitoire: div P ρCp t Régime permanent: d 0 dt P=0 Régime permanent, sans source d’énergie: div P 0 div 0 CONDUCTION 21 Équations de la chaleur div P ρCp t div(- grad ) P ρCp grad et t div( grad ) P ρCp La diffusivité de la chaleur dans un milieu donné: P ρCp t t C p P=0 1 ? • Équation de Fourier: t 0 t • Équation de Poisson: ? 0 t et P=0? P • Équation de Laplace: CONDUCTION 0 0 22 Équations de la chaleur Coordonnées cartésiennes: z dz y dy x dx 2θ 2θ 2θ P α( 2 2 2 ) 0 x y z ρCp t Mur plan: 2θ P α 2 0 x ρCp t Coordonnées cylindriques à symétrie axiale: r φr+dr z φ z r φr L z+dz φ z+dz Si, L >> R R r+dr z 1 θ θ P θ r 2 0 r r r z C p t 2 1 θ P θ r 0 r r r C p t Coordonnées sphériques à symétrie centrale r 1 θ P θ 2 r 2 0 r r r ρC t p CONDUCTION 23 Équation de la chaleur Notons que l’équation de chaleur est écrite sous forme différentielle. Son intégration donne la distribution du flux de chaleur (ou la densité de flux). Une deuxième intégration permet d’obtenir la distribution des températures. Les constantes d’intégration sont déterminées en vérifiant des conditions limites. CONDUCTION 24 Conditions aux limites Condition initiale à t=0: La distribution des températures à l’intérieur du solide et sur sa surface est supposée connue Conditions de surface à t>0: • Spécification de la température de la paroi • Spécification de flux de chaleur à travers une face • Spécification de la température du milieu fluide en contact avec la surface: Φ=hS(Өp-Өf) • Continuité des températures et des flux aux interfaces • Transfert à l’interface de deux solides de natures différentes, la conservation du flux : 1 grad1 2 grad2 CONDUCTION 25 Surface plane simple Mur = matériau conducteur 1. Bilan thermique: x x dx 0 Ф=? Si Ө0 > Ө1 d c1 0 d dx S 2. Loi de FOURIER : dx c1 d x c2 S c1 dx S Soit : Ө0 P P0 P’ P1 Ө1 Φx+dx Фx 3. Conditions limites : S 0 ? x x+dx e Flux thermique : S (0 1 ) e x 0 1 x0 xe ? c2 0 S c1 (0 1 ) e Résistance thermique: 0 1 R CONDUCTION e R S 26 Analogie électrique Électricité U = RI R I Thermique T = RthФ Rth Ф CONDUCTION 27 1er exemple d’application Calculer le flux traversant une vitre de 1 m² de surface et de 3,5 mm d’épaisseur. La température de la face interne de la vitre est égale à 10°C, celle de la face externe est égale à 5°C. 1. en déduire la résistance thermique de la vitre, sachant que, la conductivité thermique du verre est: λv = 0,7 W.m-1.K-1 2. Pour les mêmes températures de paroi, calculer le flux traversant un m² de mur de briques de 26 cm d’épaisseur. 3. En déduire la résistance thermique, sachant que, la conductivité thermique des briques est: λb = 0,52 W.m-1.K-1. CONDUCTION 28 Solution du 1er exemple d’application Flux traversant 1m² de vitre : A.N.: V 0,7.1 (10 5) 3,5.103 V S 1. Résistance thermique d’1m² de vitre : e V 1000 W RV 3,5.10 3 RV 5.10 3 C / W 0,7 A.N.: 2. Flux traversant 1m² de mur de briques : A.N.: ( 0 1 ) b 0,52.1 (10 5) 0,26 (0 1 ) e S b S e (0 1 ) b 10W 3. Résistance thermique d’1m² de brique: A.N.: Rb 0,26 0,5 C / W 0,52.1 CONDUCTION 29 Analyse des résultats Pour une même surface et un même écart de température, le flux perdu par la vitre est 100 fois plus élevé que celui perdu par le mur de briques dont la conductivité est plus faible et dont l’épaisseur est beaucoup plus élevée que celle de la vitre. CONDUCTION 30 Surface plane simple Mur = matériau conducteur 1. Loi de FOURIER : Ф=? Air chaud Ө0 Өa0 P0 h0 flux à travers le mur: P1 Φ1 Ф0 Air Froid 2. Loi de Newton : Ө1 Өa1 • flux à travers le Plan P0: h1 ' • flux à travers le Plan P1: 1 h1S (1 a1 ) 0' 0 S 0 e e ( 0 1 ) 0 h0 S (a 0 0' ) 3. Conditions limites : • continuité des températures: x S ? et 1' 1 • continuité des flux 0 1 Flux thermique : Résistance thermique: ( a 0 a1 ) 1 e 1 h0 S S h1S 1 e 1 R h0 S S h1S CONDUCTION Résistances 31 thermiques Surfaces planes en série Mur composite Ө0 > Ө1 > Ө2> Ф=? 1 Ө0 2 Ө1 e1 3 Ө2 Ө3 e2 1. Hypothèse: Ө3 • Le contact entre chaque couche est parfait → Ө à l'interface entre 2 matériaux est identique. • La surface de contact entre chaque matériau est constante → flux surfacique constant: 1= 2= 3= S traversant chaque mur 2. flux 1S ( 0 1 ) • Pour le mur 1 : e1 • Pour le mur 2: x • Pour le mur 3 : e3 2 S (1 2 ) e2 S 3 ( 2 3 ) e3 En additionnant membre à membre : 0 3 e1 e e 2 3 1S 2 S 3S e e e R 1 2 3 1S 2 S 3 S CONDUCTION R R1 R2 R3 où : R1 e e1 e ; R2 2 ; R3 3 1S 2 S 3 S 32 2ème exemple d’application Un double vitrage est constitué de deux plaques de verre séparées par une couche d’air sec immobile. L’épaisseur de chaque vitre est de 3,5 mm et celle de la couche d’air est de 12 mm. Les conductivités thermiques sont: v = 0,7 W.m-1.°C, et a = 0,024 W.m-1.°C-1 sur le domaine de température étudié. Pour une chute de température de 5°C entre les deux faces extrêmes du double vitrage, on vous demande: 1. Calculez les pertes thermiques, pour une vitre de 1 m² en négligeant l’effet du coefficient de convection de part et d’autre de chaque vitre. 2. Comparez ces pertes thermiques à celles qui seraient obtenues avec une seule vitre d’épaisseur égale à 3,5 mm. CONDUCTION 33 du 2ème Solution exemple d’application 1. Le double vitrage est constitué de trois résistances thermiques en série. Le flux traversant ce double vitrage est donné par : dv (int ext ) 2.ev ea S S a v A.N. : dv 5 1 2 3,5 10 3 1210 3 0 , 7 0 , 024 dv 9,8W 2. le flux traversant une seule vitre en verre, pour une même surface et une même différence de température: (int ext ) 1v ev v S 1v A.N. : 5 1 3,510 3 0,7 1v 1000 W 3. Comparaison des deux flux: Ф1v 100Фdv CONDUCTION 34 Analyse des résultats Le double vitrage permet de réduire, 100 fois les pertes thermiques à travers la vitre. Ceci est surtout dû à la résistance thermique très élevée de la couche d'air qui a une faible conductivité thermique. Өint Ө1 v a v Ө2 Өext Өint - Ө1 = Rv . Φ = 0,005 x 9,8 = 0,049 °C Ө1 - Ө2 = Ra . Φ = 0,5 x 9,8 = 4,9 °C Ө2 - Өext = Rv . Φ = 0,005 x 9,8 = 0,049 °C ea=12 mm ev=3,5mm ev=3,5mm La résistance thermique de l'air est 100 fois plus élevée que celle de chaque vitre, la chute de température dans l'air sera 100 fois plus élevée que dans chaque vitre. CONDUCTION 35 Surfaces planes en parallèle Mur composite 1. Hypothèse: • Température uniforme sur chaque face 3 2 1 S2 Φ • Murs en contact parfait S3 Φ3 2. flux traversant chaque mur 2 • Pour le mur 1 : S1 Φ1 Ө0 • Pour le mur 2: Ө1 • Pour le mur 3 : e 3. flux total: 1 1 1 ( 0 1 ) R1 R2 R3 3 2 0 1 R3 1 0 1 R1 R1 0 1 R2 R2 R3 e 1S1 e 2 S 2 e 3 S3 1 2 3 (0 1 ) R CONDUCTION avec 1 1 1 1 R R1 R2 R3 36 3ème exemple d’application Calculer le flux traversant la façade de 50 m² d'une maison. Le mur est constitué de briques de 26 cm d'épaisseur. La façade est percée de 4 vitres de 2 m² de surface et 3,5 mm d'épaisseur et d'une porte en bois de 2m² et de 42 mm d'épaisseur. On suppose que la température de paroi interne est égale à 10°C pour tous les matériaux constituant la façade, de même, la température de paroi externe est de 5°C. On donne: Conductivité thermique du verre : λv = 0,7 W.m-1.K -1 Conductivité thermique des briques : λb = 0,52 W.m-1.K -1 Conductivité thermique du bois : λbois = 0,21 W.m-1.K -1 CONDUCTION 37 du 3ème Solution exemple d’application • Résistance thermique des vitres: e Rv v v S v A.N. : 3,510 3 Rv 0,7 4 2 0,625.10-3 °C/W • Résistance thermique de la porte Rp ep A.N. : R p boisS p 0,042 0,21 2 0,1 °C / W • Résistance thermique du mur : Rm em b S m A.N. : Rm 0,26 0,52 (50 4 2 2) 0,0125 °C / W • Résistance équivalente de la façade 1 1 1 1 R R1 R2 R3 A.N. : 1 1 1 1 1600 10 80 w / C 3 R 0,62510 0,1 0,0125 • Flux traversant la façade: ( ) Façade 0 1 R A.N. : Façade (10 5) 0,59210 3 CONDUCTION R=0,592.10 -3 °C/W Φfaçade = 8450 W 38 Analyse des résultats façade v p m A.N.: v 8000W p 50W et m 400W et S façade Sv S p S m A.N.: Sv 8 m2 S p 2m2 et Sm 40m2 Le flux perdu par conduction par les vitres est plus important que celui perdu par le mur, bien que la surface des 4 vitres est très inférieure à celle de mur. Il serait important de réduire le flux perdu par les vitres. ? Utilisation d’un double vitrage CONDUCTION 39 Surface cylindrique simple Tube de longueur, L et 1. Hypothèse: • les surfaces isothermes sont des surfaces cylindriques coaxiales Ф radial • régime permanant sans génération de chaleur Ф ? Ө1 Ө0 r0 2. Bilan thermique: r1 Фr - Фr+dr = 0 , d r 0 dr r c1 3. Loi de FOURIER : Φ r λS dθ dθ 2 Lλ r dr dr Profil de température: θ 2 Lλ r c1 Ln r c 2 2 λL dθ c1 dr 4. Conditions limites : r r0 r r1 θ θ0 θ θ1 c1 Ln r0 c2 2 λL c 1 1 Ln r1 c 2 2 λL 0 c1 2 λL Flux thermique : Φ 2π λL 0 1 r Ln 1 r0 et c2 0 Résistance thermique: 0 1 r Ln 1 r0 r Ln 1 r Rth 0 2 L θ 0 θ1 r Ln 1 r0 CONDUCTION ? 40 Ln r0 Expression du flux en fonction des dimensions absolues du tube 2 λL 0 1 r Ln 1 r0 f (e, sml ) ? • Moyenne logarithmique, appliquée aux deux rayons r0 et r1: r r e rml 1 0 r r Ln 1 Ln 1 r0 r0 ? r e Ln 1 r0 rml S ml • Moyenne logarithmique, appliquée aux deux surfaces, S0 et S1: surface latérale interne du tube: S0 = 2 r0L surface latérale externe du tube: S1 = 2 r1L S ml 2L(r1 r0 ) 2Lr1 Ln 2 Lr 0 Sml 2L (r1 r0 ) 2Lrml r1 Ln r0 λSml ( 0 1 ) e rml R th CONDUCTION S1 S0 S Ln 1 S0 Sml 2L e Sml 41 Profil radial des températures à travers le tube θ 0 r Ln 2 λL r0 avec: 2 λL 0 1 r Ln 1 r0 θ θ0 Lnr Lnr 0 θ1 θ 0 Lnr1 Lnr 0 ? Le profil radial des températures n'est pas linéaire. le long d'un rayon, la température décroît de Ө0 à Ө1, selon une loi logarithmique. CONDUCTION 42 4ème exemple d’application Soit un tube d'acier 20/27 dont la température de la paroi interne est: Өi = 119,75°C et celle de la paroi externe, Өe = 119,64°C. Conductivité thermique de l'acier : = 46 W.m-1.°C-1 Calculer : 1. la résistance thermique du tube pour une longueur de 1 m. 2. le flux de chaleur, correspondant. CONDUCTION 43 du 4ème Solution exemple d’application 1. Résistance thermique du tube, pour une longueur de 1 m est : r Ln 1 r R 0 2L A.N. : 27 / 2 Ln 20 / 2 R 46 2 1 R = 1,038.10-3 °C/W 2. Le flux de chaleur traversant, par conduction, un tube de 1m de longueur: A.N. : ( 0 1 ) R (119,75 119,64) 1,03810 3 CONDUCTION Φ = 105,97 W 44 Surfaces cylindriques concentriques Résistance thermique Flux thermique Φ (θ 0 θ n ) n Ln (ri /ri1 ) 2π λ i L i 1 et n Ln (ri /ri1 ) R 2π λi L i 1 • n: nombre de couches élémentaires • 1, 2 …, n : conductivités thermiques de matériaux • Ө0 et Өn sont les températures des faces internes et externes • r1, …ri …, rn : rayons des faces ou interfaces successives Application au calorifugeage de tube CONDUCTION 45 5 ème exemple d’application L'intérieur du tube 20/27 étudié dans l'exemple précédent est entartré sur une épaisseur de 2 mm. On suppose que les températures intérieures et extérieures restent inchangées : la température de la paroi interne est Ө1= 119,75°C et celle de la paroi externe Ө2 = 119,64°C. Calculer : 1. la résistance thermique de la couche de tartre (pour une longueur de 1 m) 2. la résistance équivalente du tube entartré. 3. le flux thermique correspondant. On donne la conductivité thermique du tartre : λC = 2,2 W.m-1.°C-1 CONDUCTION 46 5ème Solution exemple d’application Ө1 r0 Ө0 rt r1 Tartre Acier • Rayon interne du tube: r0= 10 mm • Rayon externe du tube: r1=13,5 mm • Rayon du tartre: e = r0- rt = 2 mm CONDUCTION rt = 8 mm 47 5ème Solution exemple d’application 1. la résistance thermique de la couche de tartre , pour une longueur de 1 m: A.N. r Ln 0 rt Rt 2t L 10 Ln 8 Rt 2 2,2 1 Rt = 1,614.10-2 °C/ W 2. la résistance équivalente du tube entartré est donnée par les deux résistances en série: R = Racier + Rtartre R = 1,718.10-2 °C/W A.N. R = 1,038.10-3 + 1,614.10-2 3. Le flux traversant le tube entartré de 1m de longueur: A.N. ( 0 1 ) R Φ = 6,4 W (119,75 119,64) 1,718102 CONDUCTION 48 Analyse des résultats 1. Le flux traversant le tube de 1m de longueur: Φ = 105,97 W 2. Le flux traversant le tube entartré de 1m de longueur: Φ = 6,4 W Le tartre réduit les pertes thermiques CONDUCTION 49 Surfaces sphériques Ө1 Ө0 r0 r1 1. Hypothèse: • régime permanant sans source d’énergie • surfaces isothermes sont des sphères concentriques 2. Bilan thermique: d r Фr – Фr+dr = 0 0 c r dr 3. Loi de FOURIER : 1 r r0 θ 0 r r1 θ 1 c1 1 c2 4 λ r0 c 1 1 1 c2 4 λ r1 0 0 1 1 1 r0 r1 et c2 0 0 1 1 1 1 r0 r0 r1 r1 r0 Rth 4 λr1r0 0 1 r1 r0 c1 4 λ Résistance thermique flux de chaleur 4 λ r0 r1 1 c1 1 c2 4 r Φ λ4πr 2 dθ c dr 4. Conditions limites : r CONDUCTION 50 Forme du flux thermique r1 r0 R th 4π λr1r0 • Surface moyenne appliquée aux deux surfaces, S0 et S1: S m ( S 0 S1 )1 / 2 et Avec: S 0 4 r02 et λ S m e r1 r0 S1 4 r12 0 1 e CONDUCTION 51 Surfaces sphériques concentriques • n: nombre de couches élémentaires • 1, 2 …, n : conductivités thermiques de matériaux • Ө0 et Өn sont les températures des faces internes et externes • r1, …ri …, rn : rayons des faces ou interfaces successives Φ=? CONDUCTION 52 Conduction en régime variable Système évolue constamment sans jamais atteindre un équilibre thermique Importance Domaine de la science et technologie des matériaux Exemple traitements thermiques des matériaux et la solidification P C p t T = T (x,y,z,t) CONDUCTION 53 Équations de la conduction Hypothèses Régime transitoire sans source d’énergie P=0 Milieu homogène et isotrope Les grandeurs physico-chimiques , , c sont constantes CONDUCTION 54 Approximation des systèmes minces Température Uniforme à l’intérieur du corps considéré T = T (t) Résistance thermique aux bords >> Résistance thermique à l’intérieur Abandon de l’équation de conduction pour une formulation globale CONDUCTION 55 Solide de conductivité thermique infinie Supposons que: Étude de transfert de chaleur entre solide et le fluide S V Fluide • Volume V (h, T) • Surface extérieure S T(t) • Masse volumique • Chaleur massique C • Conductivité thermique T CV hS (T T ) t Taux d’accumulation de la chaleur Pertes de chaleur par convection Condition initiale: t = 0 T = T0 hS T T exp t T0 T cV CONDUCTION 56 Nombres adimensionnels V Définition de la longueur caractéristique: Lc S hS T T exp T0 T CV t [W/(m2K)] m hLc hLc hS hS t t t t 2 2 cV CV Lc Lc • Nombre de Biot: Bi hLc •Nombre de Fourier: F0 (W/ m.K) m2/s s m2 t L2c CONDUCTION 57 Nombre de Biot C’est un nombre sans dimension utilisé dans les calculs de transfert thermique en régime transitoire. Il compare les résistances au transfert thermique à l'intérieur et à la surface d'un corps. • On le définit de la manière suivante: Bi Lc S 1 hS Bi hLc S Validité de l’approximation adoptée au départ • Bi 1 la conduction de la chaleur à l'intérieur du corps est plus lente qu'à sa surface, et que les gradients de température ne sont pas négligeables au sein du corps. • Si Bi <0,1 le nombre de Biot d'un système est petit devant 1 (on utilisera souvent Bi<0,1), la résistance interne est négligeable, et donc que la température peut être considérée comme uniforme à l'intérieur du corps. CONDUCTION 58 Nombre de Fourier Le nombre de Fourier indique le degré de pénétration de la chaleur en régime variable, pour un corps donné, soit: F0 t 2 c L CONDUCTION 59 Variation de la température relative d’une plaque infinie initialement à une Température uniforme Ti puis soumise à un environnement à température T CONDUCTION 60 Exercice 10 Une tige d’acier de diamètre extérieur de 1cm portée à une température de 320°C est plongée à l’instant t=0, dans un bain à 120°C. Le coefficient convectif de transfert thermique de ce liquide est 100 W/m2K. Déterminer le temps nécessaire pour que la température de la tige atteigne la température T=200°C. On donne : =7800kg/m3, c=460J/kgK, =40W/mK et L=1m. CONDUCTION 61