Transfert Thermique /Convection Naturelle TP 02

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Dtermination du Coefficient de Transfert Thermique par

Convection Naturelle

I-But du TP

Le but du prsent TP est la dtermination du coefficient de transfert thermique par

convection naturelle exprimentalement et le compar par la suite avec ceux proposs dans la

littrature.

II-Dception du dispositif exprimental

Le dispositif exprimental permettant datteindre le but fix, objet du TP, est schmatis sur

la figure 1.

Figure 1 : Schma de principe du dispositif exprimental

Deux tubes coaxiaux en cuivre sont utiliss (Tub1 et Tub2), ils sont relis leurs extrmits

latrales par deux rondelles afin dobtenir une prcise co-axialit.

Le flux de chaleur impos la surface du tube intrieur est assur par une rsistance

chauffante (mtallique) relie un autotransformateur (AL) permettant la variation de la tension

lectrique aux bornes de la rsistance et par consquent la variation du flux de chaleur.

Afin dvaluer lnergie lectrique consomm par la rsistance, un voltmtre(V) et un

ampremtre(A) sont placs respectivement en parallle et en srie.

Les tempratures la surface du tube extrieur sont mesures laide de thermocouples

(Thermo1, Thermo2, Thermo3), placs au niveau de cinq positions quidistantes.

Transfert Thermique /Convection Naturelle TP 02

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III-Dtermination du coefficient h par les corrlations disponibles dans la

Littrature.

Dans le cas dun cylindre horizontal, il est bien entendu que la relation qui lie le nombre de

Nusselt au coefficient du transfert convectif scrit comme suit :

Et qui conduit :

Connaissant la conductivit thermique de lair et le diamtre du cylindre, il suffit dvaluer le

nombre de Nusselt pour la dtermination du coefficient de transfert convectif naturel.

Dtermination du nombre de Nusselt

Dans le cas dun cylindre horizontal et un flux de chaleur impos la corrlation suivante peut

tre adopte :

( )

Avec : Pr = 0.7 et

g=9.81 m/s, =1/T(K), =1.57 10-5 m/s, f=0.0262 W/mK , D=4 cm et L=1m.

IV- Dtermination du coefficient h par la prsente exprimentation

Les dmarches suivantes doivent tre suivies :

1- Alimenter la rsistance par un courant alternatif

2- A laide de lautotransformateur, mettre la rsistance sous une tension donne.

3- Attendre jusqu' atteindre le rgime permanant (il faut environs 45 60 minutes pour

obtenir la stabilisation den la temprature)

4- Relever les mesures recherches savoir : les trois tempratures de la paroi, la

temprature ambiante, la tension aux bornes de la rsistance et lintensit du courant

lectrique.

5- Procder au calcul du coefficient h de la manire suivante :

Le flux de chaleur traversant le tube extrieur est celui gnr par la rsistance :

Et par consquent :

(4)

(5)

(1)

(2)

(3)

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Dautre part le flux de chaleur global chang sobtient par la superposition des deux flux, celui

de la convection naturelle et celui du rayonnement, on obtient :

Avec : ( ) et (

)

A partir de (6) le coefficient h se dduit directement :

( )

La connaissance du flux de chaleur, des tempratures du tube extrieur, de ses dimensions et

de son missivit suffisent pour la dtermination du coefficient h .

Lvaluation de ces dernires grandeurs ce fait de la manire suivante :

A. Evaluation du flux de chaleur : tel que mentionn prcdemment le flux global de

Chaleur chang celui gnr par la rsistance. En calibrant soigneusement le voltmtre

et lampremtre, la tension et lintensit du courant lectrique sobtiennent respectivement par

les relations (8) et (9):

B. Evaluation des tempratures : Il est pris en compte la temprature moyenne

obtenue partir des cinq thermocouples. On a :

( )

En utilisant la formule (10) remplir le tableau 1:

Themo n 1 2 3 4 5 moyenne

Essai n1

Essai n2

Essai n3

Essai n4

Tableau 1 : Tempratures moyennes

A laide des relations (4), (5), (8) et (9) dterminer le flux de chaleur en

compltant le tableau 2 :

(6)

(8)

(9)

(10)

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Tension du courant lectrique Intensit du courant lectrique Flux de

chaleur

calibre Calibre

Essai n1

Essai n2

Essai n3

Essai n4

Tableau 2 : Dtermination du flux de chaleur

Utiliser les relations (2), (3) et (7) pour complter le tableau 2

Ta Tp hexp hcorr

Essai n1

Essai n2

Essai n3

Essai n4

Tableau 3 : Dtermination du coefficient de transfert convectif naturel

Questions :

Tracer sur le mme graphe les deux courbes ( ) et ( ).

Discuter les rsultats obtenus et conclure.

Nomenclature

: Flux de chaleur

: Flux lectrique : Flux chang par rayonnement

: Flux chang par convection naturelle

: Tension lectrique

: Intensit du courant lectrique

: Surface du tube extrieur

: Diamtre du tube extrieur

: Conductivit thermique de lair

: Temprature ambiante : Temprature du tube extrieur

hexp : coefficient dchange par convection obtenu par la prsente exprimentation

hcorr : coefficient dchange par convection obtenu par les corrlations de la littrature

=0.04 :Emissivit thermique du cuivre

=5.67 10-8W/mK4:constante de Stefan-Boltzman.