TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION 1
TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION
TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION
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DéfinitionDéfinition• La convection est le mode de transport d'énergie
thermique qui accompagne les fluides en mouvement
LiquideGas
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Types de convectionTypes 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 convectionTypes 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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• 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 par conduction .
Types d’écoulementsTypes d’écoulements
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Coefficient de ConvectionCoefficient de Convection
• flux de chaleur en convection
Q = h S (T∞ – TS )
T∞ TS
S
Quantité de chaleur échangée par convection
Quantité de chaleur échangée par conductionNu =
Nu =1 état conductif Nu >1 état convectif
coefficient d’échange thermique
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Méthodes expérimentalesMéthodes expérimentalesOn 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
Ts - Te = 2°C
V=2 m/s
Ts - Te = 1°C
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Instruments de mesureInstruments de mesure
Différents modes de prise de température dans une conduite
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Instruments de mesureInstruments 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 AnalytiquesMéthodes
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 masseConservation de la masse
Volume de contrôle fixe
V
dS
Fluide continu en écoulement
Taux de variation de la masse = Flux de masse net
0) (
Udivt
Sous la forme différentielle l’équation de conservation de masse s’écrit:
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Conservation de la quantité de mouvement
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
Volume de contrôle mobile contenant les
mêmes particules
m
V
F
F
extFDt
VD
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Conservation de l’énergieConservation 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
Le transfert net de travail
Tk)TV.t
T(C
2
p
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Méthodes numériquesMéthodes 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 vitessechamps de température
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U∞ T∞ P∞
q’’
dT
d
U∞T∞
Couche limite dynamique Couche limite thermique
• 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
ExerciceExercice
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Couche limite thermique
Couche limite dynamique
Écoulement en couche limite
U0 T0 P0
Pas de mouvement du fluide sur la parois solideConditions aux frontières:
u=U0
u=f(y)
T=T0
T=f(y)
TS>T0
y
v
u
Dimension 2
δδT
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TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION
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 MontréalFaculté d’éducation et pédagogie
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