J'ai la résistance thermique des parois de mon échantillon à 0,05 (en fonction de la densité du PVC soufflé). Ce qui fait une résistance totale de 0,28/ Soit toujours plus de 3 fois moins que ma référence...Envoyé par coconet
Ma question reste entière.
Je pense qu'il y a un problème avec le rayonnement, vu que la conduction est facilement maîtrisable et je ne vois pas où tu aurais pu faire une erreur.
C'est pour ça que je proposais une autre manip où le rayonnement n'a pas d'importance puisqu'il est censé être égal dans les deux cas.
Donc on a une plaque basse qui sert de chaufferette avec le volume du haut direct dessus (sans deuxième paroi). L'énergie se transmet en haut par rayonnement et convection sur la plaque, l'air n'étant pas immobile (on peut brasser cet air). On fait une première mesure.
Ensuite on place une lame (L2) transparente aux IR (à 6mm par ex). L'énergie par rayonnement est la même (à peu près). L2 est chauffée par conduction de la lame d'air, qui ne convecte pas, et non par rayonnement. La convection de l'air du haut se fait maintenant sur L2. Deuxième mesure.
Le thermomètre se met en haut, à l'abri du rayonnement direct.
Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.
bonsoir
toujours pour répondre a la question initiale,je vous propose de lire le premier diagramme dont je vous ai donné l'adresse.la courbe du bas est celle qui correspond aux conditions de votre expérience( flux de chaleur ascendant et surface des parois non réfléchissantes), on voit que les turbulences s'installent déjà pour des lames d'air de quelques mm d'épaisseur . la droite du haut correspond, elle ,a des lames d'air sans turbulences( la pente de cette droite nous permet de mesurer la résistance de l'air).on peut remarquer que pour des lames d'air de 0.5 pouce(soit environ 12 mm) la résistance mesurée dans les conditions de votre expérience est égale au tiers de ce quelle est pour de l'air immobile(droite du haut).
Bonsoir,
Il y a forcément un truc qui cloche. Mais je ne vois pas quoi. Ce qui me fait douter de tout.
J'ai fait les manips que tu suggérais avec des échantillons sans inertie thermique. Les résultats me confondent.
Premier test avec une simple lame d'air entre deux films de polyéthylène noir (fort rayonnement), d'un côté, et entre deux feuilles de mylar aluminé (faible rayonnement) de l'autre.
La faible inertie du système permet de voir la température évoluer dès la mise en route du banc (contrairement à mon échantillon témoin pendant lequel il ne se passe rien les deux premières minutes).
J'ai fait 3 fois la manip. Et les mesures sont très voisines.
Si on regarde l'évolution de la température sur les deux premières minutes, mon premier échantillon montre une pente de 4,5 K/mn, pou 1,9 pour le second…
La différence est sensible, mais pas en rapport avec la différence d'émissivité (estimée - je trouve peu de données pour l'infrarouge lointain).
On pourrait en conclure que la conduction/convection amorti l'impact du rayonnement.
J'ai fait un second test avec un échantillon à lame d'air double, composé de deux films de mylar aluminé (à l'extérieur) et d'un film en polyéthylène noir, au centre (ce dernier se comportant comme un corps noir, ne perturbe pas l'impact du rayonnement, tout en limitant l'effet de convection).
En mesurant l'évolution de température sur les deux premières minutes (je n'ai pu faire qu'un essai), j'enregistre une évolution de 1,4 K/mn, pour le double lame.
Toutefois, pour me caler vis à vis des essais précédents, ou faire un comparatif avec des échantillons ayant une plus forte inertie thermique, j'ai prolongé les essais pour mesurer le gradient thermique entre la 10° et la 20° minute de chauffe.
Et, surprise, les courbes convergent :
- le double-paroi noir ne donne plus que 1,43 K/mn
- le double-paroi aluminé donne en moyenne 1,09 K/mn
- le triple-paroi indique 0,98 K/mn…
Comparativement, hormis l'inertie au départ, l'évolution de l'échantillon témoin est beaucoup plus linéaire.
Quelle conclusion en tirer ?
J'aurais compris une évolution inverse (installation d'une convection). Cette amélioration au cours du temps me laisse dubitatif.
Je n'ai qu'une ébauche de réponse, peu convaincante. J'y vois une signature possible du banc (déperdition thermique vers l'extérieur). Mais alors, comment se fait-il que je n'enregistre pas le même effet sur l'échantillon témoin ?
Autre voie : la difficulté à fixer mes (gros) thermocouples sur les parois aussi légères et fragiles…
Bon. Je repars avec plus de questions que de réponses.
Quelle est l'orientation de ces lames d'air ? Les résultats ne sont-ils pas différents suivant qu'elles sont verticales ou horizontales ?
De surcroît, l'apparition d'une convection devrait augmenter les transferts thermiques. Or je les trouvent inférieurs à ceux attendus en air calme…
J'entends ce que vous me dites. Et je voudrais bien le mettre en évidence. Je cherche juste à comprendre pourquoi je n'y arrive pas.
Comme il y a toujours plus d'idées dans deux têtes que dans une, je ne désespère pas d'y arriver.
Bien cordialement.
Ca me paraît normal, plus le temps passe plus on se rapproche de l'équilibre thermique. Mais température constante ne signifie pas qu'il ne passe plus d'énergie, il faut bien que l'énergie qui passe à travers les lames compense les pertes de la partie haute.
Les mesures les plus représentatives seraient peut-être au début du test.
Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.
La semaine a été courte mais intense. J'ai la tête comme une pastèque… pas suffisamment fraîche pour appréhender totalement ces considérations.
Si on veut faire simple, c'est un peu comme remplir une baignoire qui fuit.
Ça veut dire que la manip que j'avais imaginé n'est pas adaptée à mes objectifs de démonstration.
Comment alors mettre en évidence la qualité d'isolation de divers matériaux (polystyrène) ou systèmes (lame d'air, réflecteurs) ?
Et ce, sans calculs ou fenêtre étroite d'observation ?
À la réflexion, je crains d'avoir été trop optimiste de penser y parvenir avec une manip très simple, et qu'il faille imaginer un banc plus sophistiqué.
Il est vrai que les enregistrements en début d'essai sont plus conformes à ce que j'attends. Il faut que je les exploite plus à fond avant de conclure.Les mesures les plus représentatives seraient peut-être au début du test.
Là également se pose la question de la pertinence de mon installation, qui ne me permet pas des mesures de température très fines. Ça peut se résoudre en changeant les thermocouples et en automatisant l'acquisition. Ce n'est pas immédiat, mais c'était prévu.
Mais quid de l'inertie thermique ? Il faut pouvoir distinguer l'effet retard de la transmission immédiate…
bonjour
ce qui me semble étonnant c'est que ,quand on passe du régime stable de conduction au régime convection, on garde en grande partie la résistance déjà acquise. la représentation que nous nous faisons des phénomènes en jeu n'impliquerait-elle pas que toute la lame d'air devienne convective et ait de 0 a à l'infini la même valeur de résistance au transport de chaleur.
Bonjour,
La convection est due au déplacement "macroscopique" du fluide, du fait de la variation de sa densité et de sa viscosité. Le régime laminaire ou turbulent induit des lois de circulation (transferts) très différentes... Je ne vois donc pas pourquoi la résistance thermique serait constante.
Bonjour,
J'ai une plaque de polycarbonate alvéolaire (chute de couverture de terrasse) qui pourrait peut-être servir.
Mais j'ai des informations contradictoire sur l'intérêt de la manip :
- d'un côté, les sondes Pirani se servent de la conductivité thermique dans le vide (moyen) pour en déduire la pression absolue résiduelle ;
- de l'autre, cet article (http://www.clearskies.dk/OldWeb/Tcondvspressure.html) où est dit que d'après la cinétique des gaz, la conduction thermique ne dépendrait pas de la pression…
J'ai beau chercher, je n'arrive pas à trancher.
Bonsoir,
Je parlais d'un vide très poussé (encore plus que les rayons d'un supermarché russe sous Brejnev), il y a bien un moment où la conduction ne peut plus se faire faute de matière. D'ailleurs il est dit dans le lien que la conductivité baisse vers 10-3 à 10-4 mbar.
Mais je disais cela pour le principe, quand bien même tu aurais l'appareil nécessaire il faudrait que ton montage résiste mécaniquement.
Regarde ma proposition du message #32, elle a l'avantage d'être réalisable, il faut simplement s'assurer des caractéristiques de la lame transparente.
Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.
Bonjour Sitalgo,
La résistance mécanique de l'échantillon paraît suffisante (pas celle du banc). En dessous de 0,1 bar (90% des efforts), le niveau de vide ne joue plus. Par contre le pompage pose de vrai problèmes pour arriver à ces niveaux de vide…
Je peux me faire prêter une pompe primaire (1-10 mbar).
Au-delà, cela exige des moyens beaucoup (vraiment beaucoup) plus coûteux, pour un résultat incertain (étanchéité ; dégazages et incertitude des pressions locales)
J'aimais bien le chauffage par rayonnement pour la simplicité de mise en oeuvre et l'absence d'inertie.Regarde ma proposition du message #32, elle a l'avantage d'être réalisable, il faut simplement s'assurer des caractéristiques de la lame transparente.
Je vais essayer ta suggestion. Mais comment s'assurer des caractéristiques de la lame transparente (dans le visible), alors que le rayonnement IR se produit à des longueurs d'ondes 5 à 10 fois supérieures ?
J'ai utilisé un corps noir (est-il vraiment noir à 5-10 micromètre ?), qui absorbe le rayonnement pour le ré-émettre intégralement de l'autre côté. Cela me semble revenir au même.
Je peux comparer les deux cas de figure sur le banc actuel avant de le modifier, ou en construire un nouveau.
Je pense que le transfert par rayonnement est prépondérant dans ton expérience. Je te propose une expérience simple : dans un cas, tu met deux lame isolantes. Dans l'autre cas, tu remplace une des lame isolante par de l'air. Ainsi tu affranchi du rayonnement. Qu'est ce que tu en pense ?
Les fabricants de verre ou de plastique ont certainement dans leur catalogue un produit transparent aux IR lointains. Il doit bien exister des applications où c'est nécessaire. Faut leur demander.
Non, ça ne fait que déplacer la convection, la lame du dessus ne doit pas chauffer et donc absorber le minimum de rayonnement (une capacité calorifique élevée est souhaitable pour une plus grande inertie).J'ai utilisé un corps noir (est-il vraiment noir à 5-10 micromètre ?), qui absorbe le rayonnement pour le ré-émettre intégralement de l'autre côté. Cela me semble revenir au même.
On compare donc :
- plaque chauffante rayonnante + convection sur cette plaque
- plaque chauffante rayonnante + convection sur la 2ème plaque
Or la 2ème plaque est censée être chauffée par conduction seulement (théoriquement). Il faudra quand même estimer son absorption pour déterminer une élévation de température due au rayonnement.
La sonde mesure la température de l'air, sans recevoir de rayonnement direct. Ce qui n'empêche pas d'autres mesures que tu jugeras utiles.
Ca n'est sans doute pas parfait mais je n'ai pas mieux.
Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.
Au fait, quelles sont les dimensions de ton appareil, notamment des plaques ?
Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.
quand on lit le diagramme ,ce qui interpelle ,justement,c'est la constance de la valeur de la conductivité de l'air convectif pour la chaleur.
en effet les parties droites des courbes sont vraiment rectilignes et parallèles.
ma question est : pourquoi seulement a partir d'une certaine valeur? ou pourquoi seulement a partir d'un certain écartement des parois?
(valeurs et écartements variables également suivant la nature des parois)??
Mes plaques font 200 mm de côté et s'encastrent dans l'épaisseur du calorifuge du banc (2x30 mm). La surface exposée au flux thermique direct fait donc 140 mm de côté.
J'ai refait des essais en me concentrant sur les 5 premières minutes, dont voici les ∆T de la paroi froide, relevé après respectivement 2 et 5 minutes de chauffe :
- simple lame d'air 6 mm entre deux feuilles de mylar aluminé : 4 et 9,8 °C
- double lame d'air 6+6 mm , séparée par un film transparent (en théorie) et les deux mêmes feuilles de mylar : 2,6 et 7,8 °C
- double lame d'air 6+6 mm , séparée par un film noir (en théorie) et les deux mêmes feuilles de mylar : 2,9 et 7,7 °C
L'effet de la lame d'air supplémentaire est sensible.
La différence suivant la nature de la lame de séparation (opaque ou transparente) l'est beaucoup moins. Je pense que les feuilles de mylar limitent suffisamment le rayonnement pour que l'impact soit plus difficile à cerner… avec mon instrumentation rudimentaire.
L'inertie de mon échantillon témoin ne me permet pas de faire de mesure comparative correcte. Je ne peux donc pas évaluer la conductivité de l'air par rapport à celle de mon témoin...
Et comme le fait remarquer coconet, la convection prend rapidement le dessus vis à vis de la simple conduction.
Je vais essayer de travailler avec des lames d'air plus faible (2-3 mm).
Toutefois la curiosité "scientifique" m'éloigne de mon objectif pédagogique, où je voulais montrer d'une façon évidente* (sans mesure, sans calcul, ni chronomètre) les différences d'efficacité thermiques de divers isolants.
* faire fondre une glace, par exemple.
Mon banc actuel ne répond pas plus à cet objectif qu'il ne me permet de quantifier les performances. Il me faut le repenser.
Je n'en sais rien. Il faudrait en connaître un peu plus sur les conditions d'expérimentation.
La convection est certainement un des domaines les plus complexes à appréhender. Mes manips m'ont confirmé qu'il est difficile de faire simple... et fiable.
Pour tordre le cou à la convection, il faut faire l'expérience à l'envers cad la source chaude en haut.
En haut la plaque chauffante, essai plaque seule, ajout d'une deuxième plaque transparente aux IR lointains. La différence est due à la conduction avec et sans la lame d'air.
Il faut mesurer l'air à l'abri du rayonnement direct.
Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.
Re bonjour,
J'ai été occupé à d'autres activités cet été, et ce n'est que depuis 10 jours que j'ai pu reprendre mes essais.
Je n'ai pas modifié mon banc. Je suis d'accord sur l'intérêt de la source de chaleur au-dessus. Mais ça me pose un problème pour la tenue de mes thermocouples…
Pour l'immédiat, j'ai travaillé sur l'épaisseur des lames d'air et sur l'inertie de mon échantillon témoin. Celui-ci est constitué de 5 plaques de polystyrène extrudé de 3 mm d'épaisseur contre-collées.
Mon thermocouple est placé sur un support en papier cartonné de 0,6 mm d'épaisseur (non transparent aux IR), avec lequel je mesure l'échauffement sur la partie la plus linéaire (entre la 5° et la 10° minute du test). La pente ∆T/∆t est (à peu près) représentative du flux thermique à travers l'échantillon.
Mon premier échantillon test est constitué de 5 lames d'air de 3 mm (chacune), séparées par un film alimentaire étirable, a priori transparent aux IR.
J'obtiens alors un échauffement de 6% supérieur à celui de l'échantillon témoin (PST).
Mon second échantillon test diffère du précédent en remplaçant les films transparents aux IR par des écrans réfléchissants (Mylar aluminé de 10 microns), afin d'évaluer la part de rayonnement sur l'échauffement de ma plaque de mesure.
J'obtiens alors un échauffement 30% inférieur au compartiment témoin.
Mon troisième échantillon test diffère du second par l'épaisseur des lames d'air ramenées à 1,2 mm chacune.
L'échauffement est alors inférieur de 20 à 25% / témoin.
Enfin le quatrième échantillon test est constitué de 5 lames d'air de 0,6 mm chacune, séparées par du papier aluminium (alimentaire).
L'échauffement enregistré est alors inférieur de 30% / témoin.
Que conclure de ces essais ?
1- L'importance du rayonnement (près de la moitié du transfert thermique), même à des températures proches de l'ambiante.
2- Mise en évidence de la convection, notamment avec les échantillons 2 et 3, lorsque l'on tient compte de l'épaisseur des lames d'air divisées par 2,5 entre ces deux échantillons.
3- Un gros doute sur la valeur de la conductivité de l'air (ou de son interprétation).
Le dernier échantillon (le moins émissif / IR) indique un flux thermique 30% inférieur au polystyrène, pour une épaisseur 5 foins moindre…
Mon banc test n'a pas de prétention de quantifier les transferts thermiques. Mais je constate la constance avec laquelle les performances thermiques des lames d'air sont toujours meilleures (et pas d'un peu) que le laissent présager mes calculs.
Ce doute est nourri par la mémoire d'une abaque universitaire (que je n'arrive malheureusement pas à retrouver) donnant des conductivités thermiques de l'air 10 fois plus faibles que celles utilisées usuellement. Ce qui me laisse à penser que la valeur de conductivité autour de 0,026 W/mK est une valeur "pratique" intégrant un peu de convection et de rayonnement…
Qu'en pensez-vous ?
bonjour, tes plaques d'alu, ou même de plastique, sont tout sauf isolante. la première rayonne (type corps noir). et chauffe la deuxième plaque. par conductivité thermique (extrêmement élevé pour l'alu), la deuxième face de la lame va être chaude et rayonné a son tour, vers la troisième. bref tu l'a deviné, le rayonnement n'est absolument négligeable. Et je me demande fichtrement comment tu as fait pour éliminer les effet de bord. Et par pitié, n'utilise pas du papier alu ou du métal dans ton montage !
cordialement,
Dernière modification par Etorre ; 06/10/2011 à 16h58.
L'Alu a une faible émissivité dans l'IR. Même si je ne suis pas dans une configuration optimisée, c'est très loin d'être un corps noir.
Je ne prétends rien éliminer du tout: inertie thermique ; effets de bords ; transitoires thermiques du banc ; qualité des thermocouples… Je n'ai pas l'ambition d'avoir un banc de mesures, mais de faire des comparaisons. Et dans l'ensemble ça ne marche pas trop mal.Et je me demande fichtrement comment tu as fait pour éliminer les effet de bord.
cordialement,
Si je devais déduire des effets de bords (± importants), cela amplifierait mes interrogations sur la conduction au travers des lames d'air de moins d'un millimètre d'épaisseur…
ta manip est super interessante en tout cas. tu a raison l’émissivité de l'alu est assez faible dans l'IR (j'ai d'ailleur précisé dit type corps noir, pas corps noir).
Mon intuition est que sans faire un vide partiel, et avec du matos "de compet" il est est totalement irréalisable d'arriver a des résultats probants. Ce n'est qu'une intuition bien sur...
C'est pour un TP pédagogique ? tu es prof ??
