Qu’est-ce que la convection – Définition

Qu’est-ce que la convection?

Qu’est-ce que la convection?

En général, la convection est soit le transfert de masse, soit le transfert de chaleur dû au mouvement en vrac de molécules dans des fluides tels que des gaz et des liquides. Bien que les liquides et les gaz ne soient généralement pas de très bons conducteurs de chaleur, ils peuvent transférer la chaleur assez rapidement par convection .

La convection a lieu par advection , diffusion ou les deux. La convection ne peut pas avoir lieu dans la plupart des solides car aucune diffusion importante de la matière ni aucun courant important ne peuvent se produire. La diffusion de la chaleur a lieu dans les solides rigides, mais cela s’appelle la conduction thermique .

Le processus de transfert de chaleur entre une surface et un fluide s’écoulant au contact de celle-ci est appelé transfert de chaleur par convection . En ingénierie, le transfert de chaleur par convection est l’un des principaux mécanismes de transfert de chaleur . Lorsque la chaleur doit être transférée d’un fluide à un autre à travers une barrière, la convection est impliquée des deux côtés de la barrière. Dans la plupart des cas, la principale résistance au flux de chaleur est la convection. Le transfert de chaleur par convection a lieu à la fois par diffusion thermique (mouvement aléatoire des molécules de fluide) et par advection, dans laquelle la matière ou la chaleur sont transportées par le mouvement à plus grande échelle des courants dans le fluide.

Mécanisme de convection

En conduction thermique , l’ énergie est transférée sous forme de chaleur, en raison de la migration d’électrons libres ou d’ ondes de vibration du réseau ( phonons ). Il n’y a pas de mouvement de masse dans la direction du flux d’énergie. Le transfert de chaleur par conduction dépend de la «force» motrice de la différence de température. La conduction et la convection sont similaires en ce que les deux mécanismes nécessitent la présence d’un milieu matériel (par rapport au rayonnement thermique). Par contre, ils sont différents en ce que la convection nécessite la présence d’un mouvement fluide.

Il faut souligner qu’à la surface, le flux d’énergie se produit  uniquement par conduction, même dans la conduction. En effet, il y a toujours une fine couche de film fluide stagnante sur la surface de transfert de chaleur.  Mais dans les couches suivantes, il se produit des mouvements de conduction et de diffusion-masse au niveau moléculaire ou au niveau macroscopique. En raison du mouvement de masse, le taux de transfert d’énergie est plus élevé. Plus la vitesse de déplacement de la masse est élevée, plus la couche de film de fluide stagnant sera fine et plus le débit de chaleur sera élevé.

Il faut noter que l’ ébullition nucléée à la surface perturbe efficacement cette couche stagnante et qu’elle augmente donc considérablement la capacité d’une surface à transférer de l’énergie thermique à un fluide en vrac.

Comme il a été écrit, le transfert de chaleur à travers un fluide s’effectue par convection en présence d’un mouvement de masse et par conduction en l’absence de celui-ci. Par conséquent, la conduction thermique dans un fluide peut être considérée comme le cas limite de la convection, correspondant au cas du fluide au repos.

Loi de Newton sur le refroidissement

Malgré la complexité de la convection , le taux de transfert de chaleur par convection est proportionnel à la différence de température et est commodément exprimé par la loi de Newton du refroidissement , qui stipule que:

Le taux de perte de chaleur d’un corps est directement proportionnel à la différence de température entre le corps et son environnement à condition que la différence de température soit petite et que la nature de la surface rayonnante reste la même.

Notez que, ΔT est donné par la température de surface ou de paroi , T _paroi et la température de masse , T _∞ , qui est la température du fluide suffisamment éloignée de la surface.