III. Thermodynamique des processus irréversibles
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différence de température entre les deux milieux Il est clair que l'échange calorifique ne peut être que proportionnel à L1T. Aussi, par unité de surface, il vient
rfJQ = aS!}.T
(1)
Cette loi peut encore s'écrire
!}.T =-1 =Re
r/JQ aS
(2)
où Re joue le rôle d'une résistance thermique de contact. Ces expressions définissent le coefficient de convection thermique a dont la valeur dépend du mode de
convection considéré.
On distingue
- la convection naturelle où les mouvements du fluide sont liés aux échanges calorifiques,
- la convection forcée où les mouvements des fluides sont forcés par une action
mécanique extérieure (soufflerie, ventilateurs, etc.)
a) La convection naturelle
Le coefficient de convection thermique a dépend de façon très complexe
i) des différentes quantités qui caractérisent le fluide: masse volumique p, chaleur
massique à pression constante Cp, conductivité thermique A,, dilatabilité /3, viscosité 7],
ii) de la longueur D de l'élément suivant lequel s'écoulent les courants de convection.
On définit le nombre de Nüsselt Nu par
aD
Nu=A,
(3)
De la connaissance du nombre de Nüsselt, on peut donc calculer le coefficient de
convection thermique a.
La détermination du nombre de Nüsselt fait appel à la mécanique des fluides. Il
est généralement exprimé à son tour à l'aide des deux nombres Pr et Gr respectivement appelés le nombre de Prandtl et le nombre de Grashof
Pr= l]Cp
A,
j3g!}.Tp2 D3
Gr=----1]2
(4)
Il existe enfin une loi expérimentale (approximative) qui relie le nombre de Nüsselt aux nombres Pr et Gr
Log( Nu)= Log( a)+ n log( Gr.Pr)
(5)
où les valeurs de a et n sont déterminées par la valeur du produit PrGr