Densité de flux thermique

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Densité de flux thermique
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La densité de flux thermique est la quantité de chaleur passant par unité de surface.
Unités SI W·m-2
Dimension
Nature Grandeur vectorielle intensive
Symbole usuel
Expressions


= .

Pour une surface frontière définie, en un point de cette surface, la densité de flux thermique – ou flux thermique surfacique[1] ou densité surfacique de flux thermique, ou encore densité de flux de chaleur – est le flux thermique par unité de surface[2]. Cette grandeur est donc définie pour ce qui traverse un point d'une surface donnée, lequel est à la frontière du système physique considéré.

En amont, le vecteur densité de courant thermique[3] ou – parfois nommé vecteur densité de flux thermique[4] – est d'une manière générale le flux thermique en un point de l'espace, abstraction faite de toute frontière. Ce vecteur est lié au flux thermique surfacique sur une frontière particulière par , où est le vecteur unitaire normal à l'élément de surface .

En notant , le flux thermique élémentaire s'exprime :

.

Macroscopiquement, le flux thermique global à travers une surface (grandeur extensive) se définit comme le flux (au sens mathématique du terme) du champ vectoriel à travers cette surface :

.

Cette grandeur physique s'exprime en watt par mètre carré (W/m2 ou W·m-2).

Cas particuliers[modifier | modifier le code]

Conduction thermique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Conduction thermique.

Le transfert thermique par conduction est décrit par la loi de Fourier à partir de la conductivité thermique ː .

En régime permanent, et dans le cas du flux thermique surfacique traversant une surface isotherme d'une paroi d'épaisseur soumise à une différence de température ː

,

est la résistance thermique surfacique de la paroi.

Convection[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Convection.

Dans le cas de l'échange thermique par convection entre la surface d'un solide à une température et un fluide de coefficient de convection thermique à une température , la loi de Newton[5] donne l'expression du flux thermique surfacique ː

.

Rayonnement[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Loi de Stefan-Boltzmann.

Selon la loi de Stefan-Boltzmann le flux thermique surfacique rayonné – également nommé exitance énergétique notée – à la surface d'un corps de température peut s'exprimer ː

,

est la constante de Stefan-Boltzmann (5,6703 × 10−8 W m−2 K−4) et est l'émissivité du matériau.

Références[modifier | modifier le code]

  1. BIPM, Le Système international d'unités, Sèvres, France, BIPM, , 8e éd., 92 p. (ISBN 92-822-2213-6, lire en ligne), p. 29
  2. Ana-Maria Bianchi, Yves Fautrelle et Jacqueline Etay, Transferts thermiques, PPUR presses polytechniques, , 550 p. (ISBN 9782880744960, lire en ligne), p. 11
  3. Le terme « vecteur densité de courant thermique » peut être trouvé dans les ouvrages suivants ː Thermodynamique 2e année MP-MP*/PC-PC*/PSI-PSI*/PT-PT* sur Google Livres ; Thermodynamique - MP PT PC PSI sur Google Livres ; Physique tout-en-un MP-MP* sur Google Livres.
  4. Le terme « vecteur densité de flux thermique » peut être trouvé dans les ouvrages suivants ː Transmission de l'énergie thermique sur Google Livres ; Toute la PSI en fiches - Maths, Physique, Chimie sur Google Livres.
  5. Ana-Maria Bianchi, Yves Fautrelle et Jacqueline Etay, Transferts thermiques, PPUR presses polytechniques, , 550 p. (ISBN 9782880744960, lire en ligne), p. 38

Articles connexes[modifier | modifier le code]