Dans cet article, vous allez découvrir les différents modes de transfert thermique : la conduction, la convection et le rayonnement. Comprendre ces modes de transfert est essentiel pour comprendre comment la chaleur se déplace dans notre environnement et comment elle peut être contrôlée et utilisée dans diverses applications. Nous allons également discuter des facteurs qui affectent le transfert de chaleur, tels que la conductivité thermique, la surface d'échange et la différence de température. Pour en savoir plus sur les modes de transfert thermique et leur application pratique, consultez le site web chaudelec.fr.
Les principaux transferts thermiques
Il existe trois principaux modes de transferts thermiques qui modifient la distribution de chaleur dans un objet, un élément ou un environnement : la conduction, la convection et le rayonnement. La chaleur est une forme d'énergie qui se propage d'un milieu à un autre à travers l'un de ces trois processus. Il est important de comprendre ce que c'est la conduction thermique, la convection et le rayonnement pour prendre des décisions pratiques concernant le traitement thermique des matériaux.
Conduction
La conduction thermique est le processus par lequel la chaleur s'échange entre les atomes ou les molécules d'un même milieu. Dans la conduction thermique, un matériau intermédiaire fait office de support mécanique pour assurer le transfert de la chaleur. Les matériaux qui sont bons conducteurs de chaleur sont en général les métaux qui ont des électrons libres, comme le cuivre, l'aluminium et l'argent. Les matériaux isolants thermiques sont ceux qui empêchent le flux de chaleur entre les milieux, par exemple le verre et la fibre de verre.
Convection
La convection thermique est le procédé qui a lieu lorsque le flux de chaleur se transmet par mouvement des masses liquides ou gazeuses. La convection thermique est basée sur la densité et l'état physique des constituants du milieu. Dans un système donné, un constituant chaud a une densité inférieure à celle d'un constituant froid, ce qui par conséquent modifie la forme d'un système afin que la chaleur soit transférée d'une manière naturelle. La différence entre les températures entraîne une pompe à chaleur ou un courant thermique, ce qui provoque le mouvement de la masse en direction de la source froide.
Rayonnement
Le rayonnement thermique est un processus de transfert de chaleur par ondes électromagnétiques, qui sont produites par la vibration des molécules et molécules des constituants du milieu. Ce mode de transfert se fait par ondes, les objets plus chauds émettent des ondes, qui sont ensuite absorbées par les objets qui sont plus froids. Ici, il n'est pas nécessaire d'avoir un milieu intermédiaire et le rayonnement thermique peut se produire dans le vide, même si les choses dans la vie réelle n'y sont pas soumises. Le rayonnement thermique se présente sous forme d'ondes infrarouges.
Facteurs et conditions à prendre en compte
Lorsque vous calculez le coefficient global de transfert thermique d'un matériau, il y a certains facteurs et conditions à prendre en compte qui affectent le flux de chaleur entre des matériaux étanches. Certains exemples incluent :
- La température entre les surfaces
- La nature des milieux intermédiaires
- La vitesse du support mécanique
- L'épaisseur des matériaux étanches
Dans la plupart des cas, ces facteurs et conditions provoquent un gradient thermique qui influence le flux de chaleur entre les milieux. La température et la nature des matériaux intermédiaires sont les principaux facteurs à considérer tandis que la vitesse et l'épaisseur des matériaux étanches sont des facteurs secondaires pour déterminer la vitesse et la qualité des transferts thermiques.
Calcul et représentation des modes de transferts thermiques
Lorsque vous étudiez les transferts thermiques, il est important de pouvoir estimer le coefficient global de transfert thermique des matériaux. Ce coefficient peut être calculé par différentes méthodes analytiques qui prennent en compte les facteurs et les conditions nécessaires à l'étude du phénomène. Une fois les données obtenues, ils peuvent être représentés sous forme de diagrammes ou de graphiques, ou encore simulés à l'aide de simulations numériques par ordinateur.
Coefficient global de transfert thermique
Le coefficient global de transfert thermique des matériaux est un facteur qui décrit la vitesse à laquelle la chaleur se transfère d'un milieu à un autre. Ce coefficient global est calculé par des méthodes analytiques qui utilisent des équations différentielles pour estimer le flux de chaleur entre les milieux. Ces coefficients peuvent être estimés pour différents matériaux sur des différentes surfaces, et vous pouvez modifier les conditions pour estimer le coefficient pour les applications spécifiques.
Calculs analytiques et diagrammes
La plupart des calculs analytiques et les diagrammes sont basés sur les mêmes règles de transfert thermique. Ces schémas et diagrammes sont très utiles pour aider à comprendre le comportement des phénomènes thermiques et à prévoir le comportement des matériaux ou des systèmes. Ces schémas et diagrammes peuvent être construits à l'aide d'équations différentielles et peuvent être convertis en simulations par ordinateur.
Simulations par ordinateur
Une autre méthode de représentation des modèles de transfert thermique est la simulation par Ordinateur. Ces simulations fournissent un moyen facile et rapide pour l'amélioration des modèles et peuvent être utilisées pour comparer les résultats des calculateurs analytiques. Ces simulations peuvent être faites avec des programmes tels que MATLAB et ANSYS qui sont couramment utilisés par les scientifiques pour étudier le comportement des systèmes thermiques.