Transferts thermiques

Les modes de transfert thermique

Il existe trois modes essentiels de transfert thermique : la convection, la conduction et le rayonnement.

1. Transfert thermique par convection

Ce mode de transfert concerne les liquides et gaz et implique un mouvement de matière.

2. Transfert par conduction

Ce mode de transfert concerne les solides et correspond à un transport énergétique de proche en proche.

3. Transfert par rayonnement

Ce mode de transfert utilise les ondes électromagnétiques.

Caractéristiques du transfert thermique

Un transfert thermique est irréversible et a lieu spontanément du système de plus haute température $\rm T_c$, appelé source chaude, vers le système de plus basse température $\rm T_f$, appelé source froide.

Flux thermique

Le flux thermique $\rm \Phi$ à travers une surface est la puissance thermique qui la traverse. Ce flux évalue la vitesse du transfert thermique $\rm Q$ pendant une durée $\Delta t$. Il va spontanément de la source chaude vers la source froide :

$\boxed{\Phi = \dfrac{\rm Q}{\Delta t}}\left|\begin{array}{lll} \Phi \text{ en watt (W)}\\ \Delta t \text{ en seconde (s)}\\ \text{Q en joule (J)}\end{array}\right.$

Pour une paroi plane dont les deux faces sont à la température $\rm T_1$ et $\rm T_2$ avec $\rm T_1 > T_2$, traversée par un flux thermique $\Phi$, la résistance thermique $\rm R$ est définie par :

$\boxed{\Phi = \dfrac{1}{\rm R_{th}}\Delta T}\left|\begin{array}{lll}\Phi \text{ en watt (W)}\\ \text{T en K ou °C}\\ \rm R_{th}\text{ en } K.W^{-1}\end{array}\right.$

Résistance thermique

Pour une paroi plane, la résistance thermique dépend de :

• Son épaisseur $\rm e$
• Sa surface $\rm S$
• Sa conductivité thermique $\lambda$ (qui est associée à la nature du matériau)

$\boxed{\rm R_{th} = \dfrac{e}{\lambda \times S}}\left|\begin{array}{lll}\text{e en m}\\ \text{S en } \rm m^2\\ \lambda \text{ en } \rm W.m^2.K^{-1}\end{array}\right.$

Lorsque plusieurs parois sont accolées, la résistance thermique équivalente est égale à la somme des résistances thermiques.