Convection
La convection est un phénomène d'échange de chaleur dans lequel la chaleur est transférée d'une surface solide vers un fluide (ou un gaz) en mouvement. La convection se compose de deux éléments :
Le mécanisme de la convection peut être expliqué de la manière suivante : au fur et à mesure que la couche de fluide adjacente à la surface chaude s'échauffe, sa densité diminue (à une pression constante, la densité est inversement proportionnelle à la température), et la couche devient flottante. Un fluide plus froid (plus lourd) près de la surface remplace le fluide plus chaud et il en résulte un certain mode de circulation.
La quantité de chaleur échangée entre le fluide à température Tf et la face d'un solide d'une zone A à une température Ts obéit à la loi de Newton sur le refroidissement et peut être exprimée ainsi :
Qconvection = h A (Ts - Tf)
où h est le
coefficient de transfert thermique par convection
. Les unités de h sont W/m
2
.
K ou Btu/s.in
2
.F. Le coefficient de transfert thermique par convection (h) dépend du mouvement du fluide, de la géométrie et des propriétés thermodynamiques et physiques.
En principe, il existe deux modes de transfert thermique par convection :
Convection naturelle (libre)
Le mouvement du fluide le long de la surface solide est dû aux poussées induites par les changements dans la densité du fluide résultant de la différence de température entre le solide et le fluide. Lorsqu'une plaque chaude est immergée dans un fluide froid, les particules de fluide en contact avec la plaque se réchauffent et leur densité diminue, ce qui provoque leur mouvement vers le haut.
Convection forcée
Un moyen extérieur, comme un ventilateur ou une pompe, est employé pour accélérer le mouvement du fluide au niveau de la surface du solide. Le mouvement rapide des particules du fluide sur la face du solide permet d'atteindre une valeur maximum du gradient de température, ce qui augmente le taux d'échange thermique. Dans l'illustration suivante, l'air est forcé au-dessus d'une plaque chaude.
