Calculateur de Convection
La chaleur emportée d'une surface par l'air ou l'eau, selon la loi de refroidissement de Newton, avec la surface ou le coefficient nécessaires.
Résultats
Ce que fait cet outil
La convection, c'est de la chaleur qui quitte une surface vers un fluide qui l'emporte, et la loi de refroidissement de Newton dit que le débit est simplement proportionnel à l'écart entre la surface et le fluide. Toute la difficulté tient dans un nombre — le coefficient d'échange — qui n'est pas une propriété de matériau mais la description d'une situation entière : quel fluide, à quelle vitesse, sur quelle forme. Donnez-le, avec la surface et les deux températures, et cette page renvoie le flux de chaleur, le flux par mètre carré, et la surface ou le coefficient qu'il faudrait pour dissiper un kilowatt.
Formule
loi du refroidissement de Newton : Q = h × A × (T surface − T fluide)
Variables
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
h | Coefficient d'échange thermique | W/(m²·K) |
a | Surface | m² |
ts | Température de surface | °C |
tf | Température de l'air ou de l'eau | °C |
Q | Chaleur qui la traverse | W |
QA | Flux thermique | W/m² |
DT | Écart de température | K |
R | Résistance thermique | K/W |
UA | Conductance de la surface | W/K |
Q10 | Flux de chaleur pour 10 K d'écart | W |
E | Énergie en une heure | kWh |
Exemple résolu
- Coefficient d'échange thermique25 W/(m²·K)
- Surface2 m²
- Température de surface80 °C
- Température de l'air ou de l'eau20 °C
- Chaleur qui la traverse3000,0000 W
- Flux thermique1500,0000 W/m²
- Écart de température60,0000 K
- Résistance thermique0,020000 K/W
- Conductance de la surface50,000000 W/K
- Flux de chaleur pour 10 K d'écart500,0000 W
- Énergie en une heure3,000000 kWh
Limites
- Les valeurs par défaut sont des références typiques, pas des mesures de votre situation. Remplacez-les par vos propres données dès que possible.
- Le résultat est une estimation fondée uniquement sur les valeurs saisies. Les situations réelles comportent souvent des facteurs que cette calculatrice ignore.
- Le mélange d'unités est la source d'erreur la plus fréquente. Convertissez chaque valeur dans l'unité indiquée près du champ avant de calculer.
Questions fréquentes
D'où vient le coefficient ?
De corrélations propres à votre géométrie et à votre écoulement, et c'est de loin le nombre le plus fragile de tout le calcul. Contrairement à la conductivité, ce n'est pas une propriété d'un matériau : il décrit une situation entière — quel fluide, à quelle vitesse, sur quelle forme, dans quelle orientation. De l'air immobile contre un mur vertical donne environ 5 à 10 ; de l'air soufflé sur une surface, 25 à 250 ; de l'eau, des centaines à des milliers ; de l'eau bouillante, des dizaines de milliers. Ces fourchettes ne sont pas de la précision. Qui veut une vraie réponse cherche la corrélation de Nusselt de son cas exact, et s'attend encore à vingt pour cent d'écart.
Cela inclut-il le rayonnement ?
Non, et aux températures élevées cela compte énormément. La loi de refroidissement de Newton ne décrit que la chaleur emportée par le fluide en mouvement. Une surface rayonne aussi, et comme le rayonnement varie comme la puissance quatrième de la température absolue, il commence petit puis dépasse la convection. Pour un radiateur à soixante degrés dans une pièce, les deux sont à peu près comparables ; pour la paroi d'un four, le rayonnement domine complètement. Additionnez les deux à l'aide du calculateur de Stefan-Boltzmann quand la surface est chaude.