II.3 MODES DE TRANSFERT DE CHALEUR
Lorsque deux systèmes sont à des
températures différentes, le système le plus chaud
cède de la chaleur au plus froid. Il y a échange thermique ou
encore transfert thermique entre ces deux systèmes. Cette situation se
rencontre dans de nombreuses situations industrielles (moteurs thermiques ou
même électriques, centrales électriques au fuel au gaz,
etc...,
Chapitre II Transfert de Chaleur
électronique) ou domestique (chauffage de
l'habitat)[17]. Un transfert d'énergie donne lieu à un flux de
chaleur qui correspond à un déplacement de l'énergie du
plus chaud vers le plus froid. Il existe trois modes essentiels de transferts
de chaleur : la conduction, le rayonnement et la convection.
II.3.1 Conduction
C'est le transfert de chaleur au sein d'un milieu opaque,
sans déplacement de matière, sous l'influence de
différence de température. La propagation de la chaleur par
conduction à l'intérieur d'un corps s'effectue selon deux
mécanismes distincts : une transmission par les vibrations des atomes ou
molécules et une transmission par les électrons libres.
Le transfert de chaleur par conduction s'appuie sur la loi de
Fourier [16]:
qui relie la densité de puissance (unité
Wm-2) et le gradient local de température. k est
la conductivité thermique du matériau
considéré (unité Wm-1K-1).
a
ds
®
j
® n
®
grad T
Fig.II.2 : Lois de
Fourier.
II.3.1.1 Résistance thermique
On considère deux surfaces isothermes S1 et S2 de
températures et . Ces deux
surfaces sont correspondantes c'est à dire que toute
ligne de flux quittant la surface S1 atteint la surface S2. Pour un
milieu conductif en régime permanent sans source interne, le bilan
thermique s'écrit :
T1
S1
Surfaces isothermes
Lignes de flux
S2
0 T2
24
Fig.II.3 : Résistance
thermique [18]
Chapitre II Transfert de Chaleur
Appliquons, sur le volume fermé délimité
par les deux surfaces isothermes S1 et S2 et la surface latérale
constituée de toutes les lignes de flux s'appuyant sur le contour
fermé délimitant les deux surfaces isothermes, le
théorème d'Ostrogradsky [18],
Entre surfaces isothermes correspondantes le flux de chaleur est
conservé. Pour une surface isotherme quelconque S du tube de
courant
Le calcul de la circulation de suivant une ligne de flux
quelconque joignant les
surfaces isothermes S1 et S2 conduit à :
La multiplication de par un coefficient quelconque
entraîne la multiplication par le
même coefficient de .
On obtient donc la relation :
(II.9)
R est appelée résistance
thermique, c'est l'analogue thermique de la résistance
électrique. Elle est inversement proportionnelle à la
conductivité du milieu et augmente avec
la longueur des lignes de flux.
Résistance thermique relative à un
coefficient d'échange h se calcule comme suit :
| 
