TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION

TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION

1

DéfinitionDéfinition• La convection est le mode de transport d'énergie

thermique qui accompagne les fluides en mouvement

LiquideGas

2

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.

3

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.

4

• 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

5

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

6

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

7

Instruments de mesureInstruments de mesure

Différents modes de prise de température dans une conduite

8

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)

9

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.

10

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:

11

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

12

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

13

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

14

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

15

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

16

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

17