Convection forcée au travers d'un tube (thermique)

[iAmBeginner]

Bien le bonjour,

j'écris ce sujet pour obtenir un éclaircissement sur une question basique de thermique.

J'ai vu en thermique que les échanges de chaleurs étaient favorisés par le mouvement du fluide (logique) car il y a advection. La convection forcée est donc "meilleure" (dans le sens où il y a un plus grand flux échangé avec l'extérieur) que la convection naturelle.

On a vu un exemple de fluide se déplaçant le long d'une paroi chaude, on a vu en cours que le long de la sous couche visqueuse laminaire, le fluide se déplace perpendiculairement à la paroi et donc convection naturelle, mais en dehors, les turbulences créent des mouvements dans le sens du flux et il y a convection forcée.

Dans la suite du cours, nous voyons des exemples avec des chauffages et des aérothermes. Nous avons un tube vertical parcouru par de l'eau chaude en mouvement afin de réchauffer l'air au repos extérieur. Lorsque nous souhaitons dresser l'inventaire des modes de transfert de chaleur, on dit qu'il y a convection forcée de l'eau vers la paroi interne du tube. Je ne comprends pas puisqu'ici, on étudie un flux de chaleur "dans le plan" alors que le mouvement de l'eau est "perpendiculaire au plan". Ainsi je ne vois pas au niveau microscopique l'advection qui pourrait avoir lieu.

Merci d'avance pour vos réponses
-----

[Rachilou]

Bonjour et bienvenu au club.

A partir du moment ou un fluide est en mouvement par rapport à un autre élément, il y a convection forcé.
Ta réponse est écrite dans ce lien : une histoire de gradient thermique qui augmente la vitesse "de conduction" entre les molécules du fluide (caloporteur ou inversement) lui même.

http://hmf.enseeiht.fr/travaux/projn...port/html/2632


Prend un glaçon et met le dans une verre d'eau à 20° par exemple.
Si tu tournes avec une cuillère assez rapidement, il ne te faudra que quelques secondes (moins d'une minute) pour le faire fondre au lieu de plusieurs minutes.

[iAmBeginner]

Merci pour cette réponse !

J'ai un petit peu de mal à comprendre... Autant lorsque le fluide se déplace parallèlement au transfert de chaleur je comprends le transport par advection (par exemple si un chauffe une extrémité du tuyau, je comprends que le mouvement général du fluide va transporter l'énergie calorifique plus rapidement jusqu'à l'autre extrémité), autant là j'ai un peu de mal à saisir pourquoi un liquide qui irait disons de haut en bas dans un tube peut améliorer la qualité du transfert de chaleur de gauche à droite ? (donc du fluide vers la paroi)

[Rachilou]

Tu as tendance à confondre le transport de l'énergie thermique par un fluide (dit caloporteur par exemple) avec le potentiel de transfert thermique entre deux systèmes thermiques.

Par exemple, dans un des paramètres du transfert thermique, celui-ci est d'autant plus rapide entre deux particules en contact que le delta T° est aussi grand.

Produire un courant de fluide, permet de renouveler un fluide plus "froid" par exemple, et donc permet aussi de transférer plus vite la chaleur.
Mais pour emporter plus de chaleur dans une même quantité de fluide qui passe dans une conduite, il vaut mieux le "brasser" au passage, tant que peut se faire.

l'Écoulement laminaire limite le transfert thermique entre les molécules qui on tendance à rester "voisine ensemble" plus longtemps et donc conduire la chaleur de proche en proche plus lentement.
l'Écoulement laminaire-turbulent s'apparente à un "brassage linéaire" entre les molécules ce qui favorise plus rapidement le transfert thermique vers le molécules plus éloignées de la parois et donc un meilleur transfert thermique global.

[A voir en vidéo sur Futura]

[RomVi]

Bonjour

Il me semble nécessaire de clarifier certains points, car tu utilises de mauvaises définitions.
- On parle de convection forcée dès l'instant où une force extérieure vient mettre le fluide en mouvement (une pompe, les pales d'un agitateur etc), en opposition à la convection naturelle, pour laquelle les mouvements dans le fluide ne sont provoqués que par la différence de densité entre les fluides chauds et froids, mais dans les 2 cas le fluide se déplace par rapport à la paroi.
- En principe la convection forcée améliore le transfert thermique car elle vient s'ajouter à la convection naturelle.
- L'advection n'est pas forcément lié à la condition "forcée" ou "naturelle", ce terme signifie simplement que l'on "évacue" la chaleur.
- Dans tout phénomène de convection on a un transfert par conduction à travers une couche de liquide immobile (la couche limite) vers le liquide en mouvement. Le transfert ne dépend que de l'épaisseur de cette couche, l'épaisseur de cette couche dépend en 1ere approche de la vitesse de déplacement du liquide. On comprend donc facilement qu'une agitation importante améliore le transfert de chaleur.

[Rachilou]

A partir du moment ou un fluide est en mouvement par rapport à un autre élément, il y a convection forcé.

C est ce que j 'ai écrit. Dis comme ça, c'est pas suffisant. Merci pour la correction.