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TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION 1. Définition La convection est le mode de transport d'énergie thermique qui accompagne les fluides en mouvement LiquideGas.

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1 TRANSFERT DE CHALEUR PAR CONVECTION 1

2 Définition La convection est le mode de transport d'énergie thermique qui accompagne les fluides en mouvement LiquideGas 2

3 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. 3

4 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. 4

5 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’écoulements 5

6 Coefficient de Convection flux de chaleur en convection Q = h S (T ∞ – T S ) T∞T∞ TSTS S Quantité de chaleur échangée par convection Quantité de chaleur échangée par conduction Nu = Nu =1 état conductifNu > 1 état convectif coefficient d’échange thermique 6

7 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 Ts - Te = 2°C V=2 m/s Ts - Te = 1°C 7

8 Instruments de mesure Différents modes de prise de température dans une conduite 8

9 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) 9

10 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. 10

11 Conservation de la masse Volume de contrôle fixe V dS Fluide continu en écoulement Taux de variation de la masse = Flux de masse net Sous la forme différentielle l’équation de conservation de masse s’écrit: 11

12 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 12

13 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 Le transfert net de travail 13

14 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 14

15 U∞T∞P∞U∞T∞P∞ q’’   U∞U∞ T∞T∞ Couche limite dynamiqueCouche 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 Exercice 15

16 Couche limite thermique Couche limite dynamique Écoulement en couche limite U 0 T 0 P 0 Pas de mouvement du fluide sur la parois solide Conditions aux frontières: u=U 0 u=f(y) T=T 0 T=f(y) T S >T 0 y v u Dimension 2 δ δTδT 16

17 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 àMme Suzanne Roy Université de Québec à Montréal Faculté d’éducation et pédagogie 17


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