Comprendre et calculer les coefficients de transfert de chaleur, y compris la conductivité, la conductance, la convection, et plus, pour optimiser les systèmes thermiques.
8 Types de Coefficients de Transfert de Chaleur et Leur Calcul
Le transfert de chaleur est un processus essentiel en ingénierie thermique. Pour concevoir des systèmes efficients, il est crucial de comprendre et de calculer les coefficients de transfert de chaleur. Voici un guide sur huit types de coefficients de transfert de chaleur et leurs méthodes de calcul.
1. Conductivité Thermique
La conductivité thermique (\( \lambda \) ou \( k \)) est une propriété physique qui indique la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Elle est définie par la loi de Fourier :
q = -\lambda \frac{dT}{dx}
où:
2. Conductance Thermique
La conductance thermique est la capacité d’un objet à transmettre la chaleur. Elle est définie comme :
C = \frac{\lambda A}{L}
où:
3. Résistance Thermique
La résistance thermique (\( R \)) s’oppose à la conductance thermique et se calcule comme :
R = \frac{L}{\lambda A}
où:
4. Coefficient de Convection
Le coefficient de convection (\( h \)) quantifie la chaleur transférée par convection et peut être exprimé comme :
q = h A \Delta T
où:
5. Coefficient de Transfert de Chaleur Global
Ce coefficient (\( U \)) combine la conduction et la convection, et se calcule comme :
U = \frac{1}{\frac{1}{h_1} + \frac{L}{\lambda} + \frac{1}{h_2}}
où:
6. Émissivité
L’émissivité (\( \epsilon \)) d’un matériau décrit son efficacité à émettre de l’énergie par rayonnement. Elle varie entre 0 et 1 et intervient dans la loi de Stefan-Boltzmann :
q = \epsilon \sigma A (T^4 – T_{amb}^4)
où:
7. Facteur de Forme pour le Rayonnement
Le facteur de forme (\( F \)) indique la fraction de radiation émise par une surface atteignant une autre surface. Ce facteur est crucial pour calculer les échanges thermiques par rayonnement entre surfaces.
8. Coefficient de Perméabilité à la Chaleur
Ce coefficient (\( K \)) représente la capacité d’un matériau à transmettre de la chaleur et se calcule souvent pour des assemblages de matériaux :
K = \frac{P}{\Delta T}
où:
Comprendre et utiliser correctement ces coefficients permet de concevoir des systèmes thermiques plus efficaces et d’optimiser les performances énergétiques. Chaque type de coefficient s’applique à des situations spécifiques et aide les ingénieurs à prédire et à gérer les transferts de chaleur dans divers contextes.
