Convection thermique et échanges par fluide

Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique

À retenir

• Formule : = h S T. • : flux convectif en watts (W). • h : coefficient de transfert convectif en Wm^-2K^-1. • S : surface de contact en m^2. • T : différence de température (souvent pris en valeur absolue pour obtenir un flux dissipé positif).

Le cours

Loi de refroidissement de Newton Le transfert thermique par convection entre la surface d'un solide et un fluide environnant obéit à la loi empirique de Newton. Le flux thermique est proportionnel à la surface d'échange et à l'écart de température entre la paroi du solide et le fluide. = h S |T_paroi - T_fluide| Convection naturelle ou forcée Le fluide au contact de la paroi chaude s'échauffe puis est emporté et remplacé par du fluide plus froid : c'est ce renouvellement qui entretient le transfert. En convection naturelle, le mouvement vient des différences de masse volumique (l'air chaud monte) ; en convection forcée, un ventilateur ou une pompe impose le mouvement. Ordres de grandeur de h (en Wm^-2K^-1) : air calme, de 5 à 25 ; air soufflé, de 25 à 250 ; eau en circulation, de quelques centaines à plusieurs milliers. Méthode et leviers d'action 1. Repérer la paroi, le fluide et leurs températures ; le flux va du plus chaud vers le plus froid. 2. Convertir la surface en m^2 ; l'écart de température est le même en K et en ^C. 3. Appliquer = h\,S\, T ou l'isoler : S = /h\, T, h = /S\, T. Pour augmenter le flux évacué, on agrandit la surface (ailettes d'un dissipateur ou d'un radiateur) ou on augmente h en soufflant le fluide.

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