10.2. Transfert de chaleur par convection
Dans cette expression h représente le coefficient local d’échange convectif. Parce
que les conditions d’écoulement peuvent varier d’un point à l’autre, le coefficient et le
flux échangés peuvent aussi varier. Le flux total échangé sera alors obtenu par intégration
du flux local sur toute la surface entre le fluide et le solide :
w =
A s
w
′ dA s = (T s − T inf )
A s
hdA s
Nous définissons le coefficient d’échange convectif moyen pour toute la surface,
qui permet d’exprimer le flux total échangé, sous la forme :
f = h A s (T s − T inf )
Cette expression est appelée la loi de Newton.
10.2.3 Convection forcée
Le cas de la convection forcée est rencontré très souvent en pratique dans les échangeurs
de chaleur de tous genres. Ainsi, par exemple pour le refroidissement de centrales
nucléaires, la récupération de chaleur dans les collecteurs solaires, la circulation des
liquides cryogéniques dans les systèmes de refroidissement de machines thermiques.
Ces systèmes impliquent deux types d’écoulements :
• Externe : l’écoulement du fluide n’est pas confiné dans un domaine ;
• Interne : le fluide s’écoule dans un domaine confiné (tube, conduite, etc.).
La loi physique représentative des échanges convectifs forcés entre le fluide en
circulation dans un domaine confiné et la paroi interne du domaine est de la forme :
Nu = f (Pr, Re)
Nu, Pr et Re sont respectivement les nombres de Nusselt, Prandtl et Reynolds qui s’expriment à partir des caractéristiques du fluide (masse volumique r, viscosité dynamique
m, conductivité thermique l f , chaleur spécifique C p ) et de l’écoulement (dimension
caractéristique D, vitesse moyenne u).
SIGNIFICATION PHYSIQUE DES NOMBRES SANS
DIMENSIONS
• Le nombre de Reynolds, Re =
r u D
m
, compare les forces d’inertie et les forces
visqueuses dans l’écoulement du fluide.
• Le nombre de Prandtl, Pr =
m C p
l f
, compare la diffusion de masse devant la diffusion
thermique.
• Le nombre de Nusselt, Nu =
h D
l f
, compare le transfert par convection devant le
transfert par conduction dans le fluide. Il est proportionnel au coefficient d’échange et il
est d’autant plus élevé que le transfert par convection est important.
©
Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 211 — #221
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Dans cette expression h représente le coefficient local d’échange convectif. Parce
que les conditions d’écoulement peuvent varier d’un point à l’autre, le coefficient et le
flux échangés peuvent aussi varier. Le flux total échangé sera alors obtenu par intégration
du flux local sur toute la surface entre le fluide et le solide :
w =
A s
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′ dA s = (T s − T inf )
A s
hdA s
Nous définissons le coefficient d’échange convectif moyen pour toute la surface,
qui permet d’exprimer le flux total échangé, sous la forme :
f = h A s (T s − T inf )
Cette expression est appelée la loi de Newton.
10.2.3 Convection forcée
Le cas de la convection forcée est rencontré très souvent en pratique dans les échangeurs
de chaleur de tous genres. Ainsi, par exemple pour le refroidissement de centrales
nucléaires, la récupération de chaleur dans les collecteurs solaires, la circulation des
liquides cryogéniques dans les systèmes de refroidissement de machines thermiques.
Ces systèmes impliquent deux types d’écoulements :
• Externe : l’écoulement du fluide n’est pas confiné dans un domaine ;
• Interne : le fluide s’écoule dans un domaine confiné (tube, conduite, etc.).
La loi physique représentative des échanges convectifs forcés entre le fluide en
circulation dans un domaine confiné et la paroi interne du domaine est de la forme :
Nu = f (Pr, Re)
Nu, Pr et Re sont respectivement les nombres de Nusselt, Prandtl et Reynolds qui s’expriment à partir des caractéristiques du fluide (masse volumique r, viscosité dynamique
m, conductivité thermique l f , chaleur spécifique C p ) et de l’écoulement (dimension
caractéristique D, vitesse moyenne u).
SIGNIFICATION PHYSIQUE DES NOMBRES SANS
DIMENSIONS
• Le nombre de Reynolds, Re =
r u D
m
, compare les forces d’inertie et les forces
visqueuses dans l’écoulement du fluide.
• Le nombre de Prandtl, Pr =
m C p
l f
, compare la diffusion de masse devant la diffusion
thermique.
• Le nombre de Nusselt, Nu =
h D
l f
, compare le transfert par convection devant le
transfert par conduction dans le fluide. Il est proportionnel au coefficient d’échange et il
est d’autant plus élevé que le transfert par convection est important.
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