{"id":52241,"date":"2020-02-17T14:36:53","date_gmt":"2020-02-17T13:36:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/quest-ce-que-la-convection-transfert-de-chaleur-par-convection-definition\/"},"modified":"2020-02-17T14:36:53","modified_gmt":"2020-02-17T13:36:53","slug":"quest-ce-que-la-convection-transfert-de-chaleur-par-convection-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/fr\/quest-ce-que-la-convection-transfert-de-chaleur-par-convection-definition\/","title":{"rendered":"Qu’est-ce que la convection – Transfert de chaleur par convection – D\u00e9finition"},"content":{"rendered":"
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La convection est soit le transfert de masse soit le transfert de chaleur d\u00fb au mouvement en vrac.\u00a0Le processus de transfert de chaleur entre une surface et un fluide s’\u00e9coulant en contact avec elle est appel\u00e9 transfert de chaleur par convection.\u00a0G\u00e9nie thermique<\/span><\/div>\n<\/div>\n
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Qu’est-ce que la convection<\/span><\/h2>\n

\"Convection<\/a>En g\u00e9n\u00e9ral, la\u00a0<\/span>convection<\/span><\/strong>\u00a0est soit le\u00a0<\/span>transfert de masse<\/span><\/strong>\u00a0soit le\u00a0<\/span>transfert de chaleur<\/span><\/strong>\u00a0d\u00fb au\u00a0<\/span>mouvement\u00a0<\/span><\/strong>massif<\/strong>\u00a0des mol\u00e9cules dans les fluides tels que les gaz et les liquides.\u00a0Bien que les liquides et les gaz ne soient g\u00e9n\u00e9ralement pas de tr\u00e8s bons conducteurs de chaleur, ils peuvent transf\u00e9rer la chaleur assez rapidement\u00a0<\/span>par convection<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

La convection<\/span><\/strong>\u00a0a lieu par\u00a0<\/span>advection<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0<\/span>diffusion<\/span><\/strong>\u00a0ou les deux.\u00a0La convection ne peut pas avoir lieu dans la plupart des solides car ni diffusion importante de la mati\u00e8re ni flux de courant en vrac ne peuvent avoir lieu.\u00a0La diffusion de la chaleur a lieu dans des solides rigides, mais c’est ce qu’on appelle\u00a0<\/span>la conduction thermique<\/span><\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Le processus de transfert de chaleur entre une surface et un fluide s’\u00e9coulant en contact avec elle est appel\u00e9\u00a0<\/span>transfert de chaleur par convection<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0En ing\u00e9nierie, le transfert de chaleur par convection est l’un des principaux m\u00e9canismes de\u00a0<\/span>transfert<\/span><\/strong><\/a>\u00a0de\u00a0chaleur<\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Lorsque la chaleur doit \u00eatre transf\u00e9r\u00e9e d’un fluide \u00e0 un autre \u00e0 travers une barri\u00e8re, la convection est impliqu\u00e9e des deux c\u00f4t\u00e9s de la barri\u00e8re.\u00a0Dans la plupart des cas, la principale\u00a0<\/span>r\u00e9sistance<\/span><\/a>\u00a0au flux de chaleur se fait par convection.\u00a0<\/span>Le transfert de chaleur par convection a<\/span><\/strong>\u00a0lieu \u00e0 la fois par diffusion thermique (le mouvement al\u00e9atoire des mol\u00e9cules de fluide) et par advection, dans laquelle la mati\u00e8re ou la chaleur est transport\u00e9e par le mouvement \u00e0 plus grande \u00e9chelle des courants dans le fluide.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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M\u00e9canisme de convection<\/span><\/h2>\n

En\u00a0<\/span>conduction thermique<\/span><\/strong><\/a>\u00a0, l’\u00a0<\/span>\u00e9nergie<\/span><\/a>\u00a0est transf\u00e9r\u00e9e sous forme de\u00a0<\/span>chaleur<\/span><\/a>\u00a0soit en raison de\u00a0<\/span>la migration d’\u00e9lectrons libres<\/span><\/strong>\u00a0ou d’\u00a0<\/span>ondes vibratoires en treillis (\u00a0<\/span>phonons<\/span><\/a>\u00a0).\u00a0<\/span><\/strong>Il n’y a pas de mouvement de masse dans le sens du flux d’\u00e9nergie.\u00a0<\/span>Le transfert de chaleur<\/span><\/a>\u00a0par\u00a0<\/span>conduction<\/span><\/strong>\u00a0d\u00e9pend de la \u00abforce\u00bb motrice de\u00a0<\/span>la diff\u00e9rence<\/span><\/strong>\u00a0de\u00a0temp\u00e9rature.\u00a0<\/strong>La conduction<\/strong>\u00a0et la\u00a0<\/span>convection<\/span><\/strong>\u00a0sont similaires en ce que les deux m\u00e9canismes n\u00e9cessitent la pr\u00e9sence d’un milieu mat\u00e9riel (par rapport au rayonnement thermique).\u00a0En revanche, ils sont diff\u00e9rents en ce que la convection n\u00e9cessite la pr\u00e9sence d’un mouvement fluide.<\/span><\/p>\n

Il faut souligner\u00a0qu’en\u00a0<\/span>surface,<\/span><\/strong>\u00a0le flux d’\u00e9nergie se produit\u00a0\u00a0<\/span>uniquement par conduction,<\/span><\/strong>\u00a0m\u00eame en conduction.\u00a0Cela est d\u00fb au fait qu’il y a toujours une\u00a0<\/span>fine couche de film fluide stagnant<\/span>\u00a0sur la surface de transfert de chaleur.\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0Mais dans les couches suivantes, il se produit \u00e0 la fois un mouvement de conduction et de diffusion-masse au niveau mol\u00e9culaire ou au niveau macroscopique.\u00a0En raison du mouvement de masse, le taux de transfert d’\u00e9nergie est plus \u00e9lev\u00e9.\u00a0Plus la vitesse de d\u00e9placement de la masse est \u00e9lev\u00e9e, plus la couche de film fluide stagnante sera mince et plus le d\u00e9bit de chaleur sera \u00e9lev\u00e9.<\/span><\/p>\n

Il faut noter que l’\u00a0<\/span>\u00e9bullition nucl\u00e9\u00e9e<\/span><\/strong>\u00a0\u00e0 la surface perturbe efficacement cette couche stagnante et, par cons\u00e9quent, l’\u00e9bullition nucl\u00e9\u00e9e augmente consid\u00e9rablement la capacit\u00e9 d’une surface \u00e0 transf\u00e9rer l’\u00e9nergie thermique au fluide en vrac.<\/span><\/p>\n

Comme il a \u00e9t\u00e9 \u00e9crit, le transfert de chaleur \u00e0 travers un fluide se fait par convection en pr\u00e9sence d’un mouvement de masse et par conduction en son absence.\u00a0Par cons\u00e9quent, la conduction thermique dans un fluide peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9e comme le cas limite de convection, correspondant au cas du fluide au repos.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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La convection comme conduction avec mouvement fluide<\/span><\/h2>\n

Certains experts ne consid\u00e8rent pas la convection comme un m\u00e9canisme fondamental de transfert de chaleur car il s’agit essentiellement de la conduction de chaleur en pr\u00e9sence d’un mouvement de fluide.\u00a0Ils consid\u00e8rent qu’il s’agit d’un\u00a0<\/span>cas particulier de conduction thermique<\/span><\/strong>\u00a0, appel\u00e9 \u00ab\u00a0<\/span>conduction avec mouvement fluide<\/span><\/strong>\u00a0\u00bb.\u00a0D’un autre c\u00f4t\u00e9, il est\u00a0<\/span>pratique<\/span><\/strong>\u00a0de reconna\u00eetre la convection comme un m\u00e9canisme de transfert de chaleur distinct malgr\u00e9 les arguments valides contraires.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"sous-couche<\/a>Le transfert de chaleur par\u00a0<\/span>convection<\/span><\/strong>\u00a0est plus difficile \u00e0 analyser que le transfert de chaleur par\u00a0<\/span>conduction<\/span><\/a>\u00a0car aucune propri\u00e9t\u00e9 unique du milieu de transfert de chaleur, telle que\u00a0<\/span>la conductivit\u00e9 thermique<\/span><\/a>\u00a0, ne peut \u00eatre d\u00e9finie pour d\u00e9crire le m\u00e9canisme.\u00a0<\/span>Le transfert de chaleur par convection<\/span><\/strong>\u00a0est compliqu\u00e9 par le fait qu’il implique\u00a0<\/span>un mouvement de fluide ainsi qu’une conduction de chaleur<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Le transfert de chaleur par convection varie d’une situation \u00e0 l’autre (selon les conditions d’\u00e9coulement du fluide), et il est fr\u00e9quemment coupl\u00e9 avec le\u00a0<\/span>mode d’\u00e9coulement du fluide<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0En convection forc\u00e9e, le taux de transfert de chaleur \u00e0 travers un fluide est beaucoup plus \u00e9lev\u00e9 par convection que par conduction.<\/span>En pratique, l’analyse du transfert de chaleur par convection est trait\u00e9e\u00a0<\/span>empiriquement<\/span><\/strong>\u00a0(par observation exp\u00e9rimentale directe).\u00a0La plupart des probl\u00e8mes peuvent \u00eatre r\u00e9solus en utilisant des\u00a0<\/span>nombres<\/span><\/a>\u00a0dits\u00a0caract\u00e9ristiques<\/a>\u00a0(par exemple le\u00a0<\/span>nombre de Nusselt<\/span><\/strong>\u00a0).\u00a0<\/span>Les nombres caract\u00e9ristiques<\/span><\/strong>\u00a0sont des\u00a0nombres<\/strong>\u00a0sans dimension utilis\u00e9s pour d\u00e9crire un caract\u00e8re de transfert de chaleur et peuvent \u00eatre utilis\u00e9s pour comparer une\u00a0<\/span>situation r\u00e9elle<\/span><\/strong>\u00a0(par exemple le transfert de chaleur dans un tuyau) avec un\u00a0<\/span>mod\u00e8le \u00e0 petite \u00e9chelle<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0L’exp\u00e9rience montre que le transfert de chaleur par convection d\u00e9pend fortement des propri\u00e9t\u00e9s du fluide:\u00a0<\/span>viscosit\u00e9 dynamique<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0<\/span>conductivit\u00e9 thermique<\/span><\/strong><\/a>\u00a0,\u00a0<\/span>densit\u00e9<\/span><\/strong><\/a>\u00a0et\u00a0<\/span>chaleur sp\u00e9cifique<\/span><\/a><\/strong>\u00a0, ainsi que<\/span>vitesse du fluide<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Elle d\u00e9pend \u00e9galement de la g\u00e9om\u00e9trie et de la\u00a0<\/span>rugosit\u00e9<\/span><\/a>\u00a0de la surface solide, en plus du type d’\u00e9coulement de fluide.\u00a0Toutes ces conditions affectent notamment l’\u00a0<\/span>\u00e9paisseur du film stagnant<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

La convection implique le transfert de chaleur entre une surface \u00e0 une temp\u00e9rature donn\u00e9e (\u00a0<\/span>paroi<\/span><\/sub>\u00a0T\u00a0) et un fluide \u00e0 une temp\u00e9rature globale (T\u00a0<\/span>b<\/span><\/sub>\u00a0).\u00a0La d\u00e9finition exacte de la temp\u00e9rature globale (T\u00a0<\/span>b<\/span><\/sub>\u00a0) varie en fonction des d\u00e9tails de la situation.<\/span><\/p>\n