Généralités sur la convection

Convection:

La convection est le transport de chaleur dans un fluide en écoulement. Il peut s'agir d'un gaz ou d'un liquide (tous les deux sont des fluides). On distingue la convection libre,durant laquelle le fluide avance sous l’effet de différences de densité dues au réchauffement, de la convection orcée, qui consiste à stimuler l’écoulement du fluide au moyen d’un dispositif technique.

Dans la vie quotidienne, différents mécanismes provoquent sans cesse des différences de température. Du réchauffement des surfaces sous l’effet du rayonnement solaire à l'activité physique qui nous fait transpirer, en passant par l'exploitation technique de la chaleur :
la convection se produit pratiquement partout au quotidien du fait de l'atmosphère qui nous entoure.

La convection décrit le transport de chaleur via des particules de fluide en mouvement. Dans le cas de la convection libre, ce mouvement est provoqué par les différences de densité qui apparaissent sous l’effet du réchauffement. Le fluide chaud se dilate et s'écoule vers le haut. On alors un écoulement entrant de nouveau fluide froid issu de l’environnement. La convection libre requiert une entrée et une sortie sans perturbations du fluide environnant.

L'illustration de gauche montre une bougie. Ici aussi, l'air chauffé monte par convection libre. Dans ce cas, c’est la combustion de la cire qui réchauffe l’air.

Dans le cas de la convection forcée , on a un écoulement incident sur la surface de transfert de la chaleur. Ce qui peut être assuré par un dispositif technique externe comme un ventilateur par exemple. Mais il peut aussi s’agir du courant d’air qui se forme lors de la marche de véhicules. La vitesse ici observée est plus élevée que celle de la convection libre. Étant donné que le fluide chaud est évacué plus rapidement, le gradient de température de la surface chaude vers le fluide est également plus élevé et on obtient donc un meilleur transfert de chaleur.

L’image montre un moteur de véhicule. Le cylindre chaud est refroidi par l’écoulement d'eau (A) (pompe à eau non représentée). L'eau chauffée est refroidie par le refroidisseur (B) avec l'air ambiant. Comme on l’a vu plus haut, il n’est pas pour cela nécessaire d’utiliser les ventilateurs.

Indépendamment du processus exact, la convection présente des similitudes:

La surface chaude transfère de la chaleur au fluide. Ce transfert a lieu directement à la surface, par conduction thermique vers l’intérieur du fluide. Plus la différence de température est élevée, plus l'effort d’équilibrage est important.

La chaleur circule alors dans deux directions :

Perpendiculaire à la surface vers l'intérieur du fluide.

Parallèlement à la survace avec le mouvement du fluide.

Lorsque l’on souhaite influencer le transfert de chaleur convectif, il faut influencer ces deux flux thermiques en particulier. Ce qui ne peut pas se faire de manière indépendante.

La formation d'écoulement est en rapport direct avec cette thématique. Les deux sous-paragraphes suivants traitent du transport de chaleur dans un écoulement. La formation de l'écoulement dans un écoulement tubulaire qui va être traitée ci-après est un processus parfaitement connu et constitue le principe de base du transport de chaleur. La chaleur est transportée avec l’écoulement. Les migrations sont au centre des observations.