Transferts thermiques

Il existe trois modes essentiels de transfert thermique : la convection, la conduction et le rayonnement.

1. Transfert thermique par convection (liquides et gaz) : mouvement de matière

2. Transfert par conduction (solides) : transport énergétique de proche en proche

3. Transfert par rayonnement : ondes électromagnétiques

Un transfert thermique est irréversible et a lieu spontanément du système de plus haute température $\rm T_c$, appelé source chaude, vers le système de plus basse température $\rm T_f$, appelé source froide.

Flux thermique

Le flux thermique $\rm \Phi$ à travers une surface est la puissance thermique qui la traverse. Ce flux évalue la vitesse du transfert thermique $\rm Q$ pendant une durée $\Delta t$. Il va spontanément de la source de la source chaude vers la source froide :

$\boxed{\Phi = \dfrac{\rm Q}{\Delta t}}\left|\begin{array}{lll} \Phi \text{ en watt (W)}\\ \Delta t \text{ en seconde (s)}\\ \text{Q en joule (J)}\end{array}\right.$

Pour une paroi plane dont les deux faces sont à la témpérature $\rm T_1$ et $\rm T_2$ avec $\rm T_1 > T_2$, traversée par un flux thermique $\Phi$, la résistance thermique $\rm R$ est définie par : 

$\boxed{\Phi = \dfrac{1}{\rm R_{th}}\Delta T}\left|\begin{array}{lll}\Phi \text{ en watt (W)}\\ \text{T en K ou °C}\\ \rm R_{th}\text{ en } K.W^{-1}\end{array}\right.$ 

Résistance thermique

Pour une paroi plane, la résistance thermique dépend de :

• Son épaisseur $\rm e$
• Sa surface $\rm S$
• Sa conductivité thermique $\lambda$ (qui est associée à la nature du matériau)

$\boxed{\rm R_{th} = \dfrac{e}{\lambda \times S}}\left|\begin{array}{lll}\text{e en m}\\ \text{S en } \rm m^2\\ \lambda \text{ en } \rm W.m^2.K^{-1}\end{array}\right.$

Lorsque plusieurs parois sont accolées, la résistance thermique équivalente est égale à la somme des résistances thermiques.