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h, coefficient de transfert par convection



  1. #1
    MetaLyck

    h, coefficient de transfert par convection


    ------

    Bonjour,

    Je suis étudiant en dernière année ingénieur civil des constructions. Dans le cadre de mon travail de fin d'études, je suis amené à étudier un problème de transfert de chaleur.

    Je souhaite réaliser un entrepôt frigorifique de forme rectangulaire pour y stocker des produits alimentaires. La source de frigories provient des murs que je maintiens à une température constante de -20°C. On peut donc supposer que mes 4 murs sont isothermes. Il y a un apport de chaleur au sein de mon entrepôt (lié aux engins, aux ouvriers, à l'éclairage, etc.) d'environ 9kW. Initialement la température de l'air dans mon entrepôt correspond à la température de mes murs : Tair = Tmur = -20°C.

    Je souhaite quantifier la température qu'aura l'air lorsque cet apport de chaleur de 9kW aura lieu. On a donc bien affaire à une convection naturelle, où Q = S.h.(Tair-Tmur). J'ai donc Tair = Tmur + Q/(S.h) = -20 + 9000/(600.5) = -17°C (avec S = 600m², h=5W/m²°C).

    Je me rends compte que la baisse de température de 3°C n'est pas acceptable dans mon cas et je souhaite donc augmenter le coefficient h pour diminuer cet écart de température. Pour cette raison, je souhaite faire circuler l'air au moyen de ventilateurs, pour avoir une convection forcée. Mais là où je rebute, c'est dans la détermination de ce coefficient h. De quoi va-t-il dépendre exactement? A priori, je ne souhaite pas le calculer avec précision, mais juste obtenir un ordre de grandeur et comprendre globalement de quoi il dépend.

    Je serais très reconnaissant à celles ou ceux qui m'apporteront quelques réponses à ce sujet Merci aussi à ceux qui auront pris le temps de lire mon message jusqu'au bout

    MetaLyck

    -----

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  3. #2
    Med37

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Bonjour MetaLyck.

    La valeur du coefficient de convection h dépend en effet de nombreux paramètres.

    Par définition, en thermique il s'écrit : h=Nombre de Nusselt*Longueur caractéristiqueenceinte frigo*(Conductivité thermiqueair de l'enceinte frigo)-1

    La détermination du coefficient h dépend donc essentiellement :
    - du nombre de Nusselt qui est fonction des paramètres thermodynamiques caractérisant le ''dispositif'' (nature et vitesse du fluide, températures, viscosité)
    - de la longueur caractéristique que sont la longueur ou la hauteur des murs de l'enceinte frigo selon qu'elles soient verticales ou horizontales

    Les formules de calcul du Nu sont empiriques. Elles diffèrent selon que la convection est naturelle ou forcée. Sachant qu'il peut très bien y avoir coexistence des 2 phénomènes à même échelle de grandeur (convection dite mixte), auquel cas il suffit de sommer les transferts ''naturels'' et ''forcés''.

    En somme, pour augmenter votre puissance frigo, vous devez soit augmenter la surface d'échange, ou bien augmenter la valeur de h en créant un régime d'écoulement d'air suffisant (condition = [Vitesse d'air*Longueur caractéristique/15,1.10-6]2>>7,7.107*Longueur caractéristique])

    Je vous invite à vous reporter à la page suivante pour prendre connaissance des formules usitées : http://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_de_Nusselt

    Cela peut paraître fastidieux mais c'est relativement simple. N'hésitez pas à me demander si vos recherches ne vous permettent pas d'aboutir rapidement.

    Cordialement.

  4. #3
    Med37

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Re.

    Désolé, j'ai fait une erreur de calcul numérique sur la condition à la fin de mon message.

    La formule est :

    (Vitesse d'air*Longueur caractéristique*(15,1.10-6)-1)2>>1,9.108*Longueur caractéristique3

    Pour info, le premier terme est le nombre de Reynolds, le second correspond au nombre de Grashof que vous pourrez recalculer aisément à l'adresse suivante :

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_de_Grashof

    On peut déterminer le coefficient h à partir du Nu qui lui même est déterminé en fonction des nombres fondamentaux suivants : Reynolds, Prandtl (Pr#0,7 pour l'air assimilé un gaz parfait), Grashof, et Rayleigh (remplace Renolds en convection naturelle).
    Dernière modification par Med37 ; 24/02/2009 à 15h20.

  5. #4
    MetaLyck

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Bonjour, je te remercie pour avoir pris le temps de m'expliquer.

    La longueur caractéristique qui permet de passer du nombre de Nusselt Nu, au coefficient de convection h, à quoi correspond-elle exactement? Dans mon cas d'application, j'ai du mal à voir de quoi il s'agit.

    L'idée est de faire circuler l'air près de mes murs (Tmur = -20°C), au moyen de ventilateurs, pour ensuite faire "circuler" le froid dans l'entrepôt et compenser l'apport de chaleur interne.

    Aurais-tu une idée?

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    MetaLyck

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Serait-ce le périmétre de mon enceinte tout simplement? (Longueur+Largeur)*2 ?

  8. #6
    nahla21

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Citation Envoyé par MetaLyck Voir le message
    Serait-ce le périmétre de mon enceinte tout simplement? (Longueur+Largeur)*2 ?
    la longueur caractéristique est la longueur de ton mur
    le périmètre n'a aucun rapport avec le calcul du coefficient h.

  9. Publicité
  10. #7
    link4910

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Bonjour, je suis actuellement en classe prépa et je doit, pour la fin d'année, présenter un projet devant un jury : le TIPE.

    Mon tipe porte sur les tours solaires. Si cela ne vous dit rien :
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Tour_solaire

    En gros il s'agit de provoquer du vent pour faire des turbines pour créer de l'éléctricité, le tout grace a un phénomene de convection naturel.

    Le phenomene de convection a lieu dans une tour ou cheminée de 300 m de haut ce qui permet de créer le gradient de température grace aux différences de température dans l'atmosphère.

    Je souhaite pouvoir trouver une relation donnant, grace aux dimensions du système, la vitesse du vent produit dans la tour.

    Je ne sais pas comment procéder et surtout par ou commencer. Pourriez vous m'aider ?

    Merci d'avance

  11. #8
    BillyNut's

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Je ne suis pas d'accord avec toi nahla21, la longueur caractéristique est très faible et correspond à la hauteur de ta couche limite de convection.
    Mais comment la déterminer?

  12. #9
    fbzh

    Re : h, coefficient de transfert par convection

    Non il me semble que la longueur caractéristique est bien la hauteur du mur pour un écoulement le long d'une mur.

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