Convection thermique
Rappel : Transfert thermique convectif (convection)
Transfert conducto-convectif :
Il est d'observation courante que, pour refroidir un liquide chaud contenu dans un flacon, on agite le flacon. Ainsi font les parents avant de présenter le biberon à leur bébé.
Le transfert thermique à travers les parois du flacon s'effectue par conduction thermique diffusive. L'agitation du liquide provoque en son sein des mouvements convectifs qui favorisent la conduction thermique à travers les parois.
Un autre exemple est donné par l'échange conducto-convectif entre l'air d'une pièce d'habitation et la surface des radiateurs utiles pour chauffer la pièce.
Pour modéliser ces exemples, on considère un modèle unidirectionnel en régime stationnaire, tel que représenté sur la figure suivante :
Le fluide est animé de mouvements de convection qui provoquent une homogénéisation de la température.
On considère que ce brassage est suffisamment efficace pour que la température du fluide soit constante spatialement et égale à TF.
Dans la paroi, en revanche, le transfert est conductif et dirigé selon l'axe (Ox). On y observe donc un gradient de température.
La température de la paroi TP est différente de la température du fluide ; il existe une couche limite de faible épaisseur e (de l'ordre de qq mm) dans laquelle le fluide est pratiquement immobile et où le transfert de chaleur se fait de manière conductive.
Attention : La loi de Newton
Les transferts thermiques entre un corps et le milieu extérieur suivent la loi de Newton si la densité de flux thermique sortant algébriquement à travers la surface du matériau est proportionnelle à l'écart de température entre celle de la surface du matériau et celle de l'extérieur.
Avec les notations du paragraphe précédent :
h est appelé le coefficient de transfert thermique de surface.
Simulation : Animation JAVA de JJ.Rousseau (Université du Mans)
Loi du refroidissement de Newton : cliquer ICI
