Convection Forcée Le Long D'Une Plaque Plane

Convection Forcée Le Long D'Une Plaque Plane

TRANSFERT TRANSFERT DE DE CHALEUR CHALEUR PAR PAR CONVECTION CONVECTION 1 Dfinition Dfinition La convection est le mode de transport d'nergie thermique qui accompagne les fluides en mouvement Gas Liquide 2

Types Types de de convection convection la convection naturelle : Mouvement naturel dun fluide induit par un gradient thermique. Le gradient thermique engendre une distribution non uniforme de la densit, qui gnre son tour un mouvement convectif sous 3leffet de la gravit. Types Types de de convection convection La convection force : Transfert de chaleur par un fluide dont le mouvement est actionn par un procd mcanique indpendant de la distribution de la temprature dans le fluide.

4 Types Types dcoulements dcoulements Il est ncessaire de connatre lcoulement du fluide avant dexaminer celui de lcoulement de la chaleur. coulement turbulent: Le transport dnergie est favoris par des tourbillons. Augmente la quantit de chaleur change au sein du fluide. coulement laminaire: La chaleur est transmise conduction . 5

par Coefficient Coefficient de de Convection Convection T S TS flux de chaleur en convection coefficient dchange thermique Q = h S (T TS ) Nu =

Quantit de chaleur change par convection Quantit de chaleur change par conduction Nu =1 tat conductif Nu >1 tat convectif 6 Mthodes Mthodes exprimentales exprimentales On mesure les temprature, Te et Ts, et on fait varier le dbit (vitesse) du fluide qui rentre dans le canal pour tudier leffet de lcoulement (convection) lchange de chaleur. V=1 m/s V=2 m/s

Ts - Te = 2C Ts - Te = 1C 7 Instruments Instruments de de mesure mesure Diffrents modes de prise de temprature dans une conduite 8 Instruments Instruments de de mesure mesure Thermomtres dilatation de gaz (thermomanomtres) Thermomtres dilatation de liquide

Couples thermolectriques (Cu/constantan (T ) Ni-Cr/constantan (E )Fe/constantan (J )) Pyromtres (mesure sans contact) 9 Mthodes Mthodes Analytiques Analytiques Les quations qui rgissent l'coulement du fluide sont des quations aux drives partielles non linaires. Une solution analytique de ces quations est en gnral impossible. Les solutions analytiques ont lavantage de donner une comprhension fondamentale des phnomnes physiques. 10

Conservation Conservation de de la la masse masse Fluide continu en coulement dS Volume de contrle fixe V Taux de variation de la masse = Flux de masse net Sous la forme diffrentielle lquation de conservation de masse scrit:

div ( U ) 0 t 11 Conservation Conservation de de la la quantit quantit de de mouvement

mouvement Lquation de mouvement est lapplication de la deuxime loi de mouvement de Newton un lment de fluide. Masse x Acclration = Forces extrieurs F V D V F ext Dt m F

Volume de contrle mobile contenant les mmes particules 12 Conservation Conservation de de lnergie lnergie Lquation dnergie est obtenue par lapplication de la premire loi de la thermodynamique un lment de fluide (volume de contrle). Volume de contrle Le taux de variation dnergie dans le VC Le taux de

gnration interne de chaleur Le flux net de chaleur T 2 Cp ( .VT ) k T t 13 Le transfert net de travail Mthodes Mthodes numriques numriques

Dmarche: Diviser le domaine de calcul en un nombre fini de petits volumes. Choisir une mthode de discrtisation des quations diffrentielles. Rsoudre le systme (matriciel) dquations algbriques obtenues champs de vitesse champs de temprature 14 Exercice Exercice tudier la convection force le long dune plaque plane Trouver le champ de vitesse et de temprature dans le milieu fluide Dterminer la quantit de chaleur change entre la plaque et le fluide

U T P T U dT d q Couche limite dynamique 15 Couche limite thermique coulement en couche limite Conditions aux frontires: Pas de mouvement du fluide sur la parois solide Dimension 2

v u U0 T0 P0 T=T0 u=U0 u=f(y) T Couche limite dynamique T=f(y)

Couche limite thermique 16 y TS>T0 TRANSFERT TRANSFERT DE DE CHALEUR CHALEUR PAR PAR CONVECTION CONVECTION Ralis Par : Aziz Akhiate Travail ralis dans le cadre du cours TIC dans les moyens et grands groupes (FPE 7650) Session Automne 2010

Prsent Mme Suzanne Roy Universit de Qubec Montral Facult dducation et pdagogie 17

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