Comment calculer le coefficient de transfert de chaleur dans les systèmes fluides

Le coefficient de transfert de chaleur est un paramètre clé dans l'analyse des processus d'échange de chaleur dans les systèmes de fluides. Il quantifie la capacité d'un fluide à transférer de la chaleur vers ou depuis une surface.

Comprendre le coefficient de transfert de chaleur

Le coefficient de transfert de chaleur, souvent appelé h, relie le flux de chaleur à la différence de température entre une surface et le fluide. Il est exprimé en unités de W/m2·K. La valeur de h dépend des propriétés du fluide, des conditions d'écoulement et de la nature du transfert de chaleur (conduction, convection ou rayonnement).

Méthodes de calcul du coefficient

La méthode la plus courante consiste en des corrélations empiriques basées sur des nombres sans dimension tels que les nombres de Reynolds, Prandtl et Nusselt. Ces corrélations varient selon le régime d'écoulement et la géométrie.

Calcul à l'aide de corrélations du nombre de nusell

Pour calculer h en utilisant les corrélations de nombre de nusell, suivez les étapes suivantes :

• Déterminer le régime de débit (laminaire ou turbulent).
• Calculez le nombre de Reynolds (Re) en fonction de la vitesse du fluide, de la longueur caractéristique, de la densité du fluide et de la viscosité.
• Calculez le nombre de Prandtl (Pr) en utilisant les propriétés du fluide.
• Utilisez la corrélation appropriée pour trouver le numéro de la nuisette (Nu).
• Calculer le coefficient de transfert de chaleur: h = (Nu × k) / L, où k est la conductivité thermique et L est la longueur caractéristique.

Exemple de calcul

Supposons que l'eau coule à l'intérieur d'un tuyau d'un diamètre de 0,05 m à une vitesse de 2 m/s. Les propriétés du fluide sont: conductivité thermique k = 0,6 W/m·K, viscosité η = 0,001 Pa·s, densité ρ = 1000 kg/m3, et chaleur spécifique c_p = 4182 J/kg·K.

Calculer Re = (ρ × v × D) / η = (1000 × 2 × 0,05) / 0,001 = 100 000. Depuis Re > 4000, le débit est turbulent. En utilisant une corrélation typique pour le débit turbulent dans les tuyaux, Nu γ 0.023 × Re^0.8 × Pr[^0.4. Calculer Pr = (η × c_p) / k = (0.001 × 4182) / 0.6 ↓ 6.97.

Calculer Nu: Nu - - 0,023 × 100 000^0.8 × 6,97^0.4 - 0,023 × 15 848 × 2,34 - 856,5.

Enfin, calculer h: h = (Nu × k) / D = (856,5 × 0,6) / 0,05 - 10,278 W/m2·K.