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Rayonnement thermique des matériaux opaques

Article de référence | Réf : BE8212 v1

Rayonnement thermique dans les milieux semi-transparents

Auteur(s) : Denis LEMONNIER, Pascal BOULET

Date de publication : 10 sept. 2020

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RÉSUMÉ

Cet article expose les notions fondamentales du transfert radiatif au sein de milieux pouvant absorber, émettre et diffuser le rayonnement thermique de façon volumique. De tels milieux sont dits semi-transparents, ou participants au rayonnement. Ils se rencontrent, notamment, dans les procédés industriels à haute température, la sécurité incendie, la thermique des chambres de combustion, la signature infrarouge d’aéronefs, certaines techniques d’usinage, etc. Les différents mécanismes d’interaction du rayonnement avec la matière sont détaillés. Ils mènent à une équation de transport dont la solution donne accès aux grandeurs énergétiques fondamentales pour le thermicien (flux, sources volumiques).

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ABSTRACT

Thermal radiation in semitransparent media

This article presents the basics of radiative transfer in media that alters thermal radiation passing through them. Such media are called semi-transparent, or (radiatively) participants. They are found, in particular, in high-temperature industrial processes, fire safety, combustion chamber thermics, atmospheric science, solar energy harvesting, etc. The different mechanisms of interaction of radiation with matter are detailed. They lead to a transport equation whose solution gives access to the fundamental energy quantities for the heat transfer engineer (flux, radiant sources). Rayonnement thermique, milieu semitransparent, équation de transfert, absorption et émission . Thermal radiation, participating medium, transfer equation, absorption and emission

Auteur(s)

Denis LEMONNIER : Directeur de recherche au CNRS Institut Pprime, CNRS – ENSMA – Université de Poitiers, Futuroscope Chasseneuil, France
Pascal BOULET : Professeur des universités LEMTA, Université de Lorraine-CNRS, Nancy, France

INTRODUCTION

Un milieu semi-transparent est un milieu qui absorbe – éventuellement diffuse – et émet le rayonnement thermique, de façon volumique. On dit aussi qu’il s’agit d’un milieu participant au rayonnement.

On rencontre ce type de milieu, par exemple, en combustion où les gaz à haute température émettent et absorbent le rayonnement de façon volumique. De plus, si ces mêmes gaz sont chargés de particules (suies, gouttelettes), celles-ci contribuent également au transfert radiatif par absorption, émission et diffusion des photons. De manière générale, le rayonnement peut être considéré sous le point de vue ondulatoire (on s’intéresse donc à la propagation d’ondes électromagnétiques) ou corpusculaire (on suit des paquets d’énergie, en l’occurence des photons). Les deux approches ont leurs propres avantages et inconvénients. Elles sont utilisées de manière complémentaires.

ll y a encore d’autres domaines de grand intérêt industriel où le rayonnement à travers un milieu « semi-transparent » joue un rôle prépondérant, tels que les procédés à haute température (fours verriers, chaudières), les moteurs d’avion ou de fusée (thermique des chambres de combustion, télédétection infrarouge), la conception d’isolants, la prévention des incendies, etc.

Cet article présente les notions de base du transfert radiatif dans les milieux qui absorbent, émettent et diffusent les photons. Les divers mécanismes sont détaillés afin d’établir les bases du modèle physique sur lequel se fondent les principales méthodes de modélisation du rayonnement thermique.

Cet article expose les notions fondamentales du rayonnement thermique en milieu semi-transparent. Il s’appuie sur les connaissances présentées dans l’article [BE 8 210] pour les milieux opaques.

Attention : la version électronique du site ne permet pas toujours de distinguer les vecteurs notés en gras et en romain. Pour plus de discernement, se reporter à la version pdf.

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MOTS-CLÉS

émission thermique | Équation de transfert | Absorption thermique | Diffusion thermique

KEYWORDS

thermal emission | transfer equation | thermal absorption | thermal emission

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - MODEST (M.F.) - Radiative heat transfer. - 3rd Edition, Academic Press, ISBN : 978-0-123869449 (2013).
(2) - HOWELL (J.R.), MENGUC (M.P.), SIEGEL (R.) - Thermal radiation heat transfer. - 6th Edition, CRC Press, ISBN : 978-1439805336 (2016).
(3) - SACADURA (J.-F.) - Transferts thermiques. Initiation et approfondissement. - Lavoisier Tec & Doc, ISBN : 978-2-7430-1993-8 (2015).
(4) - TAINE (J.), ENGUEHARD (F.), IACONA (E.) - Transferts thermiques. Introduction aux transferts d’énergie. - Dunod, ISBN : 978-2100710140 (2014).
(5) - DOMBROVSKY (L.A.), BAILLIS (D.) - Thermal radiation in disperse systems : an engineering approach. - Begell House, ISBN : 978-156700268-3 (2010).
(6) - SOLOVJOV (V.P.), WEBB (B.W.), ANDRE (F.) - Radiative...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

Rayonnement thermique des matériaux opaques.

1 Revue de référence

Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer Elsevier, ISSN : 0022-4073 http://www.journals.elsevier.com/journal-of-quantitative-spectroscopy-and-radiative-transfer

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2 Évènements

Symposiums internationaux de rayonnement RAD de l’International Centre for Heat and Mass Transfer (ICHMT), organisés tous les 3 ans http://www.ichmt.org

Séminaires internationaux Computational Radiative Transfer in Participating Media (CTPRM), organisés tous les 3 ans sous l’égide du comité EUROTHERM http://www.eurothermcommittee.eu

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3 Société savante

Société Française de Thermique, groupe thématique « rayonnement » http://www.sft.asso.fr

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