Principe thermique

Résumé du document

Le transfert thermique est une branche de la thermodynamique, qui traite les problèmes d'échange d'énergie par transport de chaleur ou bien par propagation de la chaleur entre deux milieux séparés par des parois simples ou composites, dont l'idée principale est d'obtenir l'isolation thermique d'un des deux milieux. Application : habitat (maison, bureau...), milieu industriel (machine, four...).

On définit un transfert thermique, en régime permanent (régime stationnaire), quand les températures sont indépendantes du temps, mais de la position où l'on effectue la mesure. T=T(x,y,z) Le flux thermique traduit la vitesse d'échange de l'énergie par transfert thermique. En régime permanent, il est constant : il est donné par la relation : Φ=dQ/dt=Q/t
Ф : flux thermique en Watt
Q : échange d'énergie sous forme de chaleur en Joules
t : temps en seconde (durée du transfert thermique).

Extraits

[...] Isotrope : propriétés physiques sont les même dans les trois directions de l'espace La loi généralisée de Fourier s'écrit : Vecteur densité du flux thermique T : Température en Kelvin λ : conductivité thermique du matériau (W/m.K) : Vecteur normal à la surface Cas d'un problème de dimensionnement La propagation de la chaleur se fait uniquement selon la direction Ox et est perpendiculaire aux surfaces isothermes (même température du solide). Avec sur Le flux thermique est Équation de la conduction Définitions La chaleur se propage selon Ox. On considère une lamelle d'un matériau d'épaisseur dx avec les températures et respective des faces gauche et droite (fig. [...]

[...] Flux thermique/Puissance thermique Le flux thermique traduit la vitesse d'échange de l'énergie par transfert thermique. En régime permanent, il est constant :il est donné par la relation Ф : flux thermique en Watt Q : échange d'énergie sous forme de chaleur en Joules t : temps en seconde (durée du transfert thermique) Flux total : Exemple sur une maison Murs : Ф1 Fenêtre : Ф2 Portes : Ф3 Sol : Ф4 Densité de flux de chaleur Le flux de chaleur traversant une surface S d'un même matériau, s'exprime en fonction du flux surfacique par la relation : φ : Densité en S : surface en Cas limite d'un transfert thermique Une paroi ne permettant aucun échange d'énergie sous forme de transfert thermique est dite adiabatique (paroi idéale en terme d'isolation : Ф=0). [...]

[...] Solution La solution est de forme Exercice transfert thermique Exercice 1 Calcul de la résistance thermique du four Coefficient de transmission thermique Flux thermique Calcul des températures Température intermédiaire Exercice 2 Température interne = 1092° Température externe = Surface interne du four = La résistance thermique La densité de flux Calcul du flux Densité de flux : Les températures Coût de fonctionnement (pertes) Exercice 3 Le transfert thermique par convection Loi de NEWTON Cette loi s'applique pour des interfaces fluide-solide (structure) Ecoulement d'un fluide sur une paroi Couche limite dynamique ( gradiant de vitesse due à la viscosité du fluide Up = vitesse du fluide à la paroi Up=0 (viscosité du fluide) vitesse du fluide à l'extérieur de la couche limite Cst Couche limite thermique ( gradient de température Tp = température du fluide à la paroi température du fluide à l'extérieur de la surface δ Tp> La puissance thermique échangée entre la paroi et le fluide est coefficient de transfert convectif (d'échange convectif) h dépend : De la viscosité du fluide De la nature de l'écoulement (laminaire, turbulent par le nombre de Reynolds) De la variation de température h est mesurable (difficilement calculable). Les énoncés donnent sa valeur ou de son inverse1/h. [...]

[...] Résistance thermique de convection rc : résistance thermique de convection pour 1m². Profil de température pour une paroi composite T.p : température i/e de paroi Résistance thermique d'une paroi composite Exercice 4 La densité de flux de chaleur (Une seule paroi) Température de paroi On place un isolant Température des parois On change de place l'isolant Tpi et Tpe sont les mêmes que précédemment. Interprétation Il faut placer l'isolant à l'extérieur car la différence de température dans ce dernier est plus importante. [...]

[...] Dans la réalité, aucune paroi n'est adiabatique. Elle isole selon sa nature. Prix de chauffage Pour maintenir des températures constantes (régime permanent) dans un habitat, les pertes par flux thermique doivent être compensées par un chauffage apportant de l'énergie à la même puissance, c'est à dire : Différents modes de transfert thermique Il existe trois modes La conduction : la chaleur se propage sans déplacement global de particules. Les chocs entre molécules permettent le transfert de chaleur des particules les plus chaudes vers les particules les plus froides. [...]