I. Loi de Fourier

 

La conduction est le mode de transfert de chaleur d'un point d'un corps (indéformable ou non, mais fixe) à une certaine température à un autre point à plus basse température ou d'un corps à température donnée vers un autre corps à plus basse température en contact physique avec le premier.

 

Le mécanisme de transfert par conduction est un phénomène d'ordre moléculaire :

 

II. Conductivité thermique des matériaux et fluides couramment utilisés dans les échangeurs thermiques

 

La conductivité thermique est donc le paramètre thermo-physique qui détermine le pouvoir d'un corps à faire passer la chaleur par conduction. Pour un même matériau, la variation de ce paramètre peut être importante et dépend de nombreux facteurs comme :

 

III. Equation différentielle de Fourier-Kirchhoff

 

Nous considérons un corps susceptible d'échanger avec le milieu ambiant ; on suppose que l'interaction entre ce corps et le milieu ambiant ne produit pas de travail. Le premier principe de la thermodynamique permet d'écrire que la quantité de chaleur \(Q_s\) (surfacique) reçue (ou émise) par la surface S du corps et de la quantité de chaleur \(Q_v\) (volumique) dégagée (ou absorbée) dans le volume V du corps est égale à la variation de l'énergie interne du corps U.

 

IV. Quelques problèmes spécifiques de conduction dans les échangeurs thermiques

 

Le transfert de chaleur par conduction est présent dans de nombreuses situations et dans de nombreux équipements thermiques :

 

IV.1. La paroi simple

C'est un milieu limité par deux plans parallèles dans lequel la chaleur se propage uniquement suivant la normale à ces plans. On rencontre des géométries similaires dans les parois métalliques d’un échangeur à plaques.

 

 

IV.2. Les parois accolées

 

 

IV.3. Le cylindre creux à parois isothermes

 

On considère un cylindre creux de grande longueur par rapport aux rayons intérieur \(r_1\) et extérieur \(r_2\). Les surfaces cylindriques sont à des températures uniformes et constantes \(T_1\) et \(T_2\). Les cas concrets associés à cette figure sont les tubes métalliques des échangeurs multitubulaires ou les isolants thermiques de forme cylindrique.

 

 

IV.4. Quelques cas simples de conduction en régime variable

 

Dans de très nombreux procédés et application des échangeurs thermiques, la conduction est réalisée en régime variable. C’est le cas :

 

V. Calcul des efficacités d’ailettes

 

Comme nous l'avons précisé dans le chapitre « technologies des échangeurs », nombre d'échangeurs sont équipés d'ailettes de taille et forme fort diverses. Ces ailettes sont rarement isothermes et le dimensionnement de ces échangeurs requiert un calcul spécifique de l'ailette pour la détermination de son efficacité.