Qu'est-ce qu'un coefficient de transfert de chaleur?
Le coefficient de transfert de chaleur définit la facilité avec laquelle la chaleur passe d'un matériau à un autre, généralement d'un solide à un fluide ou à un gaz, ou d'un fluide ou d'un gaz à un solide. La chaleur peut également passer d'un fluide à un gaz ou inversement, comme c'est le cas de l'air froid au-dessus d'un lac chaud. La chaleur passera toujours du chaud au froid pour les matériaux en contact direct.
Les coefficients de transfert de chaleur sont toujours pris en compte lors de la conception d'équipements spécifiquement conçus pour transférer de la chaleur - ou pour ne pas transférer de chaleur. Des marmites, des ailettes de refroidissement sur un moteur de motocyclette, une soufflée dans une cuillerée de soupe trop chaude ou une personne qui réchauffe les mains froides d'une autre sont tous des exemples d'amélioration du coefficient de transfert de chaleur. Le facteur qui contribue le plus à l'amélioration des coefficients de transfert de chaleur, compte tenu des contraintes matérielles, est le mouvement rapide de la phase fluide des composants. Souffler de l'air à travers un radiateur, en induisant un écoulement turbulent dans un échangeur thermique, ou un air se déplaçant rapidement dans un four à convection, produit des coefficients de transfert de chaleur beaucoup plus élevés que dans des conditions de repos. En effet, plus de molécules absorbant la chaleur sont présentées à la surface chaude en un laps de temps plus court.
D'autre part, la recherche d'une isolation hautement efficace prend également en compte le coefficient de transfert de chaleur de chacune de ses interfaces. L'isolation est importante pour les réfrigérateurs et les congélateurs, les glacières de pique-nique, les vêtements d'hiver et les maisons éconergétiques. Les espaces d'air morts, les vides dans la mousse et les matériaux à faible conductivité contribuent à l'isolation.
Quantitativement, le coefficient de transfert de chaleur est fonction des deux matériaux en contact; la température de chacun, qui détermine la force motrice; et des facteurs qui améliorent ou nuisent au transfert de chaleur, tels que la convection ou l'encrassement de surface, respectivement. Les équations déterminent la quantité de chaleur transférée par unité de surface, par différence de température en degrés entre les deux matériaux adjacents et par période. Les calculs de dimensionnement des équipements industriels, tels que les appareils de chauffage et les échangeurs de chaleur, permettent généralement de déterminer le transfert de chaleur par heure, car la capacité de production de l'installation est généralement déterminée toutes les heures.
Un coefficient de transfert thermique global, tel qu'il est souvent utilisé dans les équations d'échangeurs de chaleur, devrait prendre en compte un certain nombre de facteurs. Dans cet exemple, la vapeur saturée à une température donnée, l'interface vapeur / tube, la conductivité à travers la paroi du tube, l'interface avec le liquide à l'intérieur des tubes tels que l'huile, et la température de l'huile entrante doivent tous être pris en compte. L'information provenant de ces facteurs pourrait aider à déterminer la taille d'un échangeur de chaleur et la stratégie de conception et de matériaux la mieux adaptée.