Transferts de chaleur combinés : Convection et rayonnement

 

TP : Transferts de chaleur combinés : Convection et rayonnement

 

      I.But

·        Mettre en évidence l'influence du mode de transfert de chaleur par convection (naturelle ou forcée) sur le flux de chaleur combiné (Φ_rad+ Φ_conv) dans un tube cylindrique vertical, pour différentes valeurs de température surfacique du cylindre horizontal chauffé.

·        Mesure des coefficients de transfert de chaleur convectif (h_conv) et radiatif (h_rad)

 

II.          Partie théorique

 

1°) Transfert de chaleur par convection :

 

      Les transferts de chaleur qui s'effectuent simultanément avec des transferts de masse sont dits transferts de chaleur par convection. Ce mode d'échange de chaleur existe au sein des milieux fluides dans lesquels il est généralement prépondérant.

     Selon la nature de mécanisme qui provoque le mouvement du fluide on distingue :

·        La convection libre ou naturelle : le fluide est mis en mouvement sous le seul effet des différences de masse volumique résultant des différences de températures sur les frontières et d'un champ de forces extérieures (la pesanteur).

·         La convection forcée : le mouvement de fluide est induit par une cause indépendante des différences de températures (pompe, ventilateur, …).

 Ce mécanisme de transfert est régi par :

Φ_conv =  h_conv .S(T_s, -T_a)                    (3.1)

 Avec :

Φ_conv : Flux de chaleur transmis par convection,                            (W)

h_conv : Coefficient de transfert de chaleur par convection,              (W.m^-2.C^-1)

T_s : Température de surface du solide,                                               (°C)

T_a : Température du fluide loin de la surface du solide,                    (°C)

 S : Aire de la surface de contact solide/fluide,                                  (m²)

    L'application de l'analyse dimensionnelle montre que la relation, liant le flux de chaleur transféré par convection aux variables dont il dépend, peut être recherchée sous la forme d'une relation entre trois nombres adimensionnels :                    

       Le coefficient de convection dépend des propriétés thermo physiques du fluide suivantes (voir Annexe) :

 Ainsi que des grandeurs cinématiques et géométrique :

 g    : Accélération de la gravité,                                                               (m.s^-2)

Ua  : Vitesse du fluide,                                                                              (m.s^-1)

D   : Diamètre du tube chauffé,                                                                  (m)

 Dans le cas d'un écoulement perpendiculaire à un cylindre circulaire horizontal, les coefficients C₁, et C₂, et les exposants n et m des relations (3.2) et (3.3) sont déterminés selon les tableaux suivants :

 

2°) Transfert de chaleur par rayonnement :

        

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