Les calculs thermiques sont un aspect crucial pour comprendre comment la chaleur est transférée au sein des matériaux et entre les surfaces et les fluides. Ces calculs nous aident à déterminer la vitesse à laquelle l'énergie thermique se déplace dans divers scénarios, ce qui est essentiel pour un large éventail d'applications, de l'ingénierie et de la physique à la vie quotidienne.
Dans cet article, nous approfondirons les concepts fondamentaux des calculs thermiques, y compris le clé des formules, des exemples pratiques et des réponses aux questions fréquemment posées.
Formule de calcul de chaleur
Équation de transfert de chaleur (pour la conduction) :
Q = (k * A * ΔT) / d
Où :
- Q est le taux de transfert de chaleur (en watts ou joules par seconde).
- k est la conductivité thermique du matériau (en watts par mètre par degré Celsius ou W/m°C).
- A est la surface transversale à travers laquelle la chaleur est transférée (en mètres carrés ou m²).
- ΔT est la différence de température à travers le matériau (en degrés Celsius ou °C).
- d est l'épaisseur du matériau (en mètres ou m).
Équation de transfert de chaleur (pour la convection) :
Q = h * A * ΔT
Où :
- Q est le taux de transfert de chaleur (en watts ou joules par seconde).
- h est la convection coefficient de transfert de chaleur (en watts par mètre carré par degré Celsius ou W/m²°C).
- A est la surface à travers laquelle la chaleur est transférée (en mètres carrés ou m²).
- ΔT est la différence de température entre la surface et le fluide environnant (en degrés Celsius ou °C).
Ces formules servent de base à la compréhension et au calcul du transfert de chaleur dans divers scénarios.
Conditions générales et conversions
Pour une utilisation pratique, il est utile de disposer d’un tableau de termes généraux et de conversions facilement accessible. Voici une liste de termes et d'unités courants utilisés dans les calculs thermiques :
| Long | Unité |
|---|---|
| Conductivité thermique (k) | W/m°C |
| Aire transversale (A) | m² |
| Différence de température (ΔT) | ° C |
| Épaisseur (d) | m |
| Taux de transfert de chaleur (Q) | W |
| Transfert de chaleur par convection (h) | W/m²°C |
| Superficie (A) | m² |
| Joules | J |
Exemple de calculs de chaleur
Mettons ces formules et termes en pratique avec un exemple :
Scénario: Calculez le taux de transfert de chaleur (Q) à travers une plaque d'acier avec une conductivité thermique (k) de 50 W/m°C, une section transversale (A) de 0.5 m², une différence de température (ΔT) de 100°C , et une épaisseur (d) de 0.02 m.
Solution: En utilisant la formule de conduction : Q = (50 * 0.5 * 100) / 0.02 = 125,000 125 W (ou XNUMX kW)
Dans ce scénario, le taux de transfert de chaleur est de 125,000 XNUMX watts.
FAQ les plus courantes
La conductivité thermique (k) mesure la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Des valeurs k plus élevées indiquent une meilleure conduction thermique.
La conduction implique un transfert de chaleur par contact direct entre des matériaux, tandis que la convection se produit lorsque la chaleur est transférée à travers un milieu fluide.
Les matériaux courants ont des conductivités thermiques variables. Par exemple, le cuivre a une valeur k élevée (environ 398 W/m°C), tandis que le bois a une valeur k plus faible (environ 0.1 W/m°C).