Voir la source de Coefficient de convection thermique

{{à sourcer|date=octobre 2008}}
{{Désaccord de pertinence|date=mars 2012}}

Le '''coefficient de convection thermique''' ou '''coefficient de transfert par [[convection thermique|convection]]''' est un [[coefficient de transfert thermique]].

Il permet de quantifier un [[Transfert thermique|transfert de chaleur]] réalisé par un phénomène de [[convection]] au sein d'un [[fluide (matière)|fluide]] en mouvement (contre une paroi froide ou chaude, ou au-dessus d'une étendue d'eau par exemple).

== Unité de mesure ==
Le coefficient de [[convection thermique]] <math>h </math> s'exprime en [[watt par mètre carré-kelvin|watts par mètre carré-kelvin]]<ref>Magdeleine Moureau. Guide pratique pour le Système international d'unités (SI). Éditions TECHNIP, 1996. [https://books.google.be/books?id=joKlwd5urKwC&pg=PA13#v=onepage&q&f=false Consulter en ligne]</ref> ({{nb|W m-2 K-1}}.)

== Enjeux ==
Tout fluide (l'air par exemple) a des propriétés de [[masse volumique]] qui évoluent avec la température et la pression. Ainsi un air à {{tmp|40|°C}} est moins dense que de l’air à {{tmp|10|°C}}, il va donc s'élever. Un fluide en contact avec une surface chaude ou froide va ainsi tendre respectivement à monter ou descendre le long de la paroi, en engendrant des courants de convection dans le volume d'air.

Ces convections entraînent des transports de chaleur et le cas échéant des transferts d'humidité ou des mouvements de particules en suspension dans l'air (odeur, poussières, etc.) et peuvent être ressentis quand ils sont significatifs, à l'intérieur ou à l'extérieur d'un bâtiment.

Le coefficient de convection thermique est un des paramètres à renseigner dans certains outils logiciels de [[simulation informatique]] dynamique du bâtiment<ref>[https://clic.nordpasdecalais.fr/pdf/,DanaInfo=.awxyCtwuqml3J4v0qqQwB+5-juin2013.pdf SimBa (Simulation multiphysique du bâtiment)], Newsletter {{n°}}5 - Juin 2013</ref>. Il peut avoir une importance significative dans les systèmes de chauffage, [[évaporateur|évaporation]] ou séchage convectifs<ref>Mennouche D (2013) ''Valorisation des produits agro-alimentaires et des plantes médicinales par les procédés de séchage solaire'' (Doctoral dissertation).</ref>, ou encore en matière de gestion et d'[[économies d'énergie]], ou de gestion des problèmes de condensation.

== Éléments de définition ==
Ce coefficient régit les transferts thermiques par convection à proximité d'une [[surface d'échange]].

Il permet d'établir une [[résistance thermique de convection]]

Ce coefficient dépend de la nature du fluide, de la température de celui-ci ainsi que du type d'écoulement.

Il ne peut donc être utilisé pour calculer le transfert thermique au travers d'une paroi par [[Conduction thermique|conduction]] qui est régi par la [[conductivité thermique]] et qui dépend de l'épaisseur de la paroi.

Pour un transfert au travers plusieurs éléments différents, le [[Coefficient_de_transfert_thermique#Coefficient de transfert thermique global|coefficient de transfert thermique global]] est d'application.

Un cas limite est celui d'une convection (naturelle ou forcée) au sein d'une couche poreuse, qui met en jeu un ''Coefficient de transfert solide-fluide''<ref>Combarnous M & Bories S (1974) ''Modélisation de la Convection Naturelle au sein d'une Couche Poreuse Horizontale à l'aide d'un Coefficient de Transfert Solide-Fluide''. [[International Journal of Heat and Mass Transfer]], 17(4), 505-515.</ref>

On notera que selon la définition ci-dessus, l'utilisation du terme « convectif » est abusive dans le sens que le transfert décrit implique de la conduction au niveau du liquide se situant à proximité de la paroi où la vitesse perpendiculaire à la paroi du fluide est nulle<ref>{{Lien web
|url=http://ltp2.epfl.ch/Cours/Ph_trans_chapitre_8.pdf
|titre= Cours de phénomène de transfert, EPFL
|consulté le=10 décembre 2011
}}</ref>.

== Convection thermique ==
La [[convection|convection thermique]] décrit le transfert de chaleur dans des milieux fluides associé à un transfert de matière.

=== Résistance thermique de convection ===
{{article détaillé|Résistance thermique de convection}}
La [[résistance thermique de convection]] est donnée par <math>R_{cv} = \frac{1}{h\;S} </math>, en [[kelvin par watt|kelvins par watt]]

=== Flux thermique à la surface de la paroi ===
{{article connexe|Flux thermique|Densité de flux thermique}}
Au contact d'une paroi solide, le flux de chaleur entre le fluide à la surface de la paroi et le reste du fluide est donné par :
:<math> \varphi = h \times (T_p - T_f)</math>
:<math> {\Phi} = h \times S \times (T_p - T_f)</math>

avec :
* <math> \varphi </math> est la [[densité de flux thermique]] exprimée en [[watt par mètre carré|watts par mètre carré]] ({{nb|W m-2}}) ;
* <math>{\Phi}</math> est le [[flux thermique]] en [[watt]]s (W);
* <math> h </math> le coefficient d'échange thermique ({{nb|W m-2·K-1}}) ;
* <math>S</math> est la [[surface d'échange]] considérée ({{nb|m2}}) ;
* <math>T_p</math> est la température du fluide à la surface de la paroi (°C ou K) ;
* <math>T_f</math> est la température du fluide (°C ou K).

== Ordres de grandeur ==
Pour une paroi verticale avec un écoulement naturel d'air et avec des températures proches de la température ambiante (300 K), l'ordre de grandeur du coefficient de convection thermique pour l'air est de {{unité|10 W m-2 K-1}}.

De plus, une formule d'approximation donne une valeur valable entre {{unité|5 et 18 m s-1}} pour de l'air circulant autour de l'objet :
:<math>h = 10{,}45 - c + 10 \sqrt{c}</math>
où <math>c</math> est la vitesse de l'air autour de l'objet.

Enfin pour avoir quelques exemples de calculs (valeurs issues du DTU STB) :

Soit une paroi horizontale ou verticale d'épaisseur ''e'', constituée d'un matériau avec un coefficient de [[conductivité thermique]] λ (lambda). L'un des côtés de la paroi a un coefficient de convection ''h1'' et l'autre un coefficient de convection ''h2''.

Si l'un des côtés n'a pas d'échange convectif (exemple côté eau d'un mur de piscine), supprimer ce coefficient dans le calcul du ''h''.

On détermine ''h'' de la manière suivante :
:<math>\frac{1}{h} = \frac{1}{h1} + \frac{e}{\lambda} + \frac{1}{h2}</math>
avec :
* ''h'', ''hi'' en {{nb|W m-2 K-1}}
* ''e'' en {{nb|m}}
* λ en {{nb|W m-1 K-1}} (λ{{ind|béton}} = {{nb|1.75 W m-1 K-1}})

Les valeurs de <math>\frac{1}{hi}</math> varient en fonction de la direction du flux s'il est vertical, ou de l'exposition à la convection forcée (vent) :
* paroi verticale en convection naturelle : <math>\frac{1}{hi}</math> = 0,11
* paroi verticale en convection forcée : <math>\frac{1}{hi}</math> = 0,06
* paroi horizontale (c'est-à-dire un plancher) en convection forcée : <math>\frac{1}{hi}</math> = 0,05
* paroi horizontale flux descendant (il fait plus chaud en haut qu'en bas) en convection naturelle : <math>\frac{1}{hi}</math> = 0,17
* paroi horizontale flux ascendant en convection naturelle : <math>\frac{1}{hi}</math> = 0,09

Ces valeurs sont issues de la STB des années 1995. Il n'y a pas de raison qu'elles évoluent dans le temps, toutefois il est recommandé de faire des essais au cas par cas pour avoir des valeurs représentatives.
* Exemple de calcul mur en béton de {{unité|0.3|m}} d'épaisseur avec un côté exposé au vent :
:<math>\frac{1}{h} = 0{,}06 + \frac{0{,}3}{1{,}75} + 0{,}11</math> => ''h'' = {{nb|2.92 W m-2 K-1}}
* Exemple de calcul mur en béton de {{unité|0.2|m}} d'épaisseur avec un côté en eau et l'autre dans une pièce :
:<math>\frac{1}{h} = \frac{0{,}2}{1{,}75} + 0{,}11</math> => ''h'' = {{nb|4.45 W m-2 K-1}}
* Exemple de calcul d'un plancher en béton de {{unité|0.2|m}} d'épaisseur séparant 2 pièces dont celle du haut est plus chaude (flux descendant) :
:<math>\frac{1}{h} = 0{,}17 + \frac{0{,}2}{1{,}75} + 0{,}17</math> => ''h'' = {{nb|3.4 W m-2 K-1}}

== Notes et références ==
{{références|colonnes=2}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
{{Début de colonnes|nombre=3}}
* [[Coefficient de transfert thermique]]
* [[Convection]]
* [[Thermodynamique]]
* [[Dynamique des fluides]]
* [[Simulation numérique]]
* [[Rugosité]]
* [[Turbulence]]s
* [[Échangeur de chaleur]]
* [[Dissipateur thermique]]
{{Fin de colonnes}}

=== Lien externe ===
* [http://emericmenard.energie.free.fr/documents/cours%20de%20thermique_05_JBM.pdf Cours de thermique] par Jean-Bernard Michel (niveau Ingénieur, 2004) (PDF, 64 pp)

=== Bibliographie ===
* Bettermann D (1966) Contribution à l’étude de la convection forcée turbulente le long de plaques rugueuses. [[International Journal of Heat and Mass Transfer]], 9(3), 153-164 ([http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0017931066900147 résumé]).
* Khaled HA. (2008) ''[http://bu.umc.edu.dz/theses/physique/HAR5058.pdf La convection mixte dans un espace annulaire entre deux cylindres concentriques]'' Université de Mentouri. Constantine.
* Laoun B & Serir L (2007) ''Corrélations sur le coefficient de transfert de chaleur dans un évaporateur à film raclé''. {{13es}} Journées Internationales de Thermique.

{{Portail|physique|Énergie}}

[[Catégorie:Transfert thermique]]

[[es:Coeficiente de película]]