Transcript Transfert thermique

TRANSFERT DE CHALEUR PAR
CONVECTION
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Définition
• La convection est le mode de transport d'énergie
thermique qui accompagne les fluides en
mouvement
Gas
Liquide
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Types de convection
• la convection naturelle : Mouvement naturel d’un
fluide induit par un gradient thermique.
Le gradient thermique engendre une distribution non
uniforme de la densité, qui génère à son tour un
mouvement convectif sous l’effet de la gravité.
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Types de convection
• La convection forcée : Transfert de chaleur par un
fluide dont le mouvement est actionné par un procédé
mécanique indépendant de la distribution de la
température dans le fluide.
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Types d’écoulements
• Il est nécessaire de connaître l’écoulement du fluide
avant d’examiner celui de l’écoulement de la chaleur.
Écoulement turbulent:
Le transport d’énergie est favorisé
par des tourbillons.
Augmente la quantité de chaleur
échangée au sein du fluide.
Écoulement laminaire:
La chaleur est transmise
conduction .
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par
Coefficient de Convection
T∞
S
TS
coefficient d’échange thermique
• flux de chaleur en convection
Q = h S (T∞ – TS )
Nu =
Quantité de chaleur échangée par convection
Quantité de chaleur échangée par conduction
Nu >1 état convectif
Nu =1 état conductif
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Méthodes expérimentales
On mesure les température, Te et Ts, et on fait varier le débit
(vitesse) du fluide qui rentre dans le canal pour étudier l’effet
de l’écoulement (convection) l’échange de chaleur.
V=1 m/s
V=2 m/s
Ts - Te = 2°C
Ts - Te = 1°C
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Instruments de mesure
Différents modes de prise de température
dans une conduite
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Instruments de mesure
• Thermomètres à dilatation de gaz (thermomanomètres)
• Thermomètres à dilatation de liquide
• Couples thermoélectriques
(Cu/constantan (T ) Ni-Cr/constantan (E )Fe/constantan (J ))
• Pyromètres (mesure sans contact)
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Méthodes Analytiques
• Les équations qui régissent l'écoulement du fluide
sont des équations aux dérivées partielles non
linéaires.
• Une solution analytique de ces équations est en
général impossible.
• Les solutions analytiques ont l’avantage de donner
une compréhension fondamentale des phénomènes
physiques.
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Conservation de la masse
Fluide continu en écoulement
dS
Volume de
contrôle fixe
V
Taux de variation de la masse = Flux de masse net
Sous la forme différentielle l’équation de conservation de masse
s’écrit:


 div (  U )  0
t
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Conservation de la quantité de
mouvement
L’équation de mouvement est l’application de la deuxième loi de
mouvement de Newton à un élément de fluide.
Masse x Accélération = ∑ Forces extérieurs
F
V
m
F
Volume de contrôle
mobile contenant les
mêmes particules
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
DV


Dt
F
ext
Conservation de l’énergie
L’équation d’énergie est obtenue par l’application de la première loi de la
thermodynamique à un élément de fluide (volume de contrôle).
Volume de contrôle
Le taux de
variation
d’énergie
dans le VC
Le taux de
génération
interne de
chaleur
Le flux net
de chaleur

T
2
 C p (  .VT )  k T
t
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Le transfert net
de travail
Méthodes numériques
Démarche:
• Diviser le domaine de calcul en un nombre fini de petits
volumes.
• Choisir une méthode de discrétisation des équations
différentielles.
• Résoudre le système (matriciel) d’équations algébriques
obtenues
champs de vitesse
champs de température
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Exercice
• Étudier la convection forcée le long d’une plaque plane
• Trouver le champ de vitesse et de température dans le
milieu fluide
• Déterminer la quantité de chaleur échangée entre la
plaque et le fluide
T∞
U∞
U∞
T∞
P∞
dT
d
q’’
Couche limite dynamique
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Couche limite thermique
Écoulement en couche limite
Conditions aux frontières: Pas de mouvement du fluide sur la parois solide
Dimension 2
v
y
u
U0 T0 P0
T=T0
u=U0
u=f(y)
δ
δT
T=f(y)
TS>T0
Couche limite
dynamique
Couche limite
thermique
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TRANSFERT DE CHALEUR PAR
CONVECTION
Réalisé Par : Aziz Akhiate
Travail réalisé dans le cadre du cours TIC dans les moyens
et grands groupes (FPE 7650)
Session Automne 2010
Présenté à
Mme Suzanne Roy
Université de Québec à Montréal
Faculté d’éducation et pédagogie
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