Qu’est-ce que la conductivité thermique de l’eau et de la vapeur – Définition

Conductivité thermique de l’eau et de la vapeur

L’eau et la vapeur sont des fluides couramment utilisés pour l’échange de chaleur dans le circuit primaire (de la surface des barres de combustible au flux de liquide de refroidissement) et dans le circuit secondaire. Il a été utilisé en raison de sa disponibilité et de sa grande capacité calorifique, tant pour le refroidissement que pour le chauffage. Il est particulièrement efficace de transporter la chaleur par vaporisation et condensation de l’eau en raison de la très grande chaleur latente de vaporisation .

Un inconvénient est que les réacteurs à eau modérée doivent utiliser un circuit primaire à haute pression afin de maintenir l’eau à l’ état liquide et d’atteindre un rendement thermodynamique suffisant. L’eau et la vapeur réagissent également avec les métaux que l’on trouve couramment dans des industries telles que l’acier et le cuivre, qui sont oxydées plus rapidement par l’eau et la vapeur non traitées. Dans presque toutes les centrales thermiques (charbon, gaz, nucléaire), l’eau est utilisée comme fluide de travail (utilisée en boucle fermée entre une chaudière, une turbine à vapeur et un condenseur), et le fluide caloporteur (utilisé pour échanger la chaleur perdue en un corps d’eau ou emportez-le par évaporation dans une tour de refroidissement).

Conductivité thermique de l’eau

Conductivité thermique de la vapeur

Voir aussi: Tables à vapeur

Référence spéciale: Propriétés thermophysiques des matériaux pour le génie nucléaire: didacticiel et collecte de données. AIEA-THPH, AIEA, Vienne, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.

Conductivité thermique des fluides (liquides et gaz)

En physique, un fluide est une substance qui se déforme (s’écoule) continuellement sous une contrainte de cisaillement appliquée. Les fluides sont un sous-ensemble des phases de la matière et comprennent les liquides , les gaz , les plasmas et, dans une certaine mesure, les solides plastiques. Parce que l’espacement intermoléculaire est beaucoup plus grand et que le mouvement des molécules est plus aléatoire pour l’état du fluide que pour l’état solide, le transport de l’énergie thermique est moins efficace. La conductivité thermiquedes gaz et des liquides est donc généralement plus petit que celui des solides. Dans les liquides, la conduction thermique est provoquée par diffusion atomique ou moléculaire. Dans les gaz, la conduction thermique est provoquée par la diffusion de molécules d’un niveau d’énergie supérieur au niveau inférieur.

Conductivité thermique des gaz

L’effet de la température, de la pression et des espèces chimiques sur la conductivité thermique d’un gaz peut être expliqué en termes de théorie cinétique des gaz . L’air et les autres gaz sont généralement de bons isolants, en l’absence de convection. Par conséquent, de nombreux matériaux isolants (par exemple le polystyrène) fonctionnent simplement en ayant un grand nombre de poches remplies de gaz qui empêchent la convection à grande échelle . L’alternance de la poche de gaz et du matériau solide fait que la chaleur doit être transférée à travers de nombreuses interfaces provoquant une diminution rapide du coefficient de transfert de chaleur.

La conductivité thermique des gaz est directement proportionnelle à la densité du gaz, à la vitesse moléculaire moyenne, et surtout au libre parcours moyen de la molécule. Le libre parcours moyen dépend également du diamètre de la molécule, les grosses molécules étant plus susceptibles de subir des collisions que les petites molécules, qui est la distance moyenne parcourue par un vecteur d’énergie (une molécule) avant de subir une collision. Les gaz légers, tels que l’ hydrogène et l’ hélium, ont généralement une conductivité thermique élevée . Les gaz denses tels que le xénon et le dichlorodifluorométhane ont une faible conductivité thermique.

En général, la conductivité thermique des gaz augmente avec l’augmentation de la température.

Conductivité thermique des liquides

Comme il a été écrit, dans les liquides, la conduction thermique est causée par la diffusion atomique ou moléculaire, mais les mécanismes physiques pour expliquer la conductivité thermique des liquides ne sont pas bien compris. Les liquides ont tendance à avoir une meilleure conductivité thermique que les gaz, et la capacité de s’écouler rend un liquide approprié pour éliminer l’excès de chaleur des composants mécaniques. La chaleur peut être éliminée en canalisant le liquide à travers un échangeur de chaleur. Les liquides de refroidissement utilisés dans les réacteurs nucléaires comprennent de l’eau ou des métaux liquides, tels que le sodium ou le plomb.

La conductivité thermique des liquides non métalliques diminue généralement avec l’augmentation de la température.