Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’effusivité intervient dans les processus de conduction thermique variables dans le temps. Cette propriété thermique caractérise la tenue des matériaux aux chocs thermiques, lors des opérations de trempe, d’usinage ou de laminage. Plus concrètement, elle renseigne sur la capacité d’un corps à modifier sa température lors d’un apport d’énergie thermique non uniforme. Elle joue un rôle important dans des secteurs variés autres que métallurgiques, comme la chaîne du froid alimentaire ou la variation jour/nuit de la température du sol.
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Auteur(s)
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Jean-Claude KRAPEZ : Ingénieur de recherche à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales - Ingénieur et Docteur de l’École Centrale de Paris
INTRODUCTION
Parmi toutes les propriétés thermiques, l’effusivité est probablement celle à laquelle on prête le moins attention. Pourtant, lorsque l’on s’intéresse aux processus dynamiques de transfert de la chaleur par conduction, on peut s’apercevoir que la conductivité thermique et la capacité thermique volumique interviennent de façon couplée et que le groupement constitué de leur produit est déterminant dans la relation liant la chaleur apportée au matériau et les variations de température qui en découlent. L’ effusivité, qui correspond à la racine de ce produit, est en fait une propriété essentielle qui conditionne, par exemple, la tenue des matériaux aux chocs thermiques, les opérations de trempe, d’usinage et de laminage, la mise en froid des produits alimentaires, les variations jour/nuit de la température des sols, la sensation de chaud et froid lors du toucher, etc.
La mesure de l’effusivité d’un matériau nécessite de perturber son équilibre thermique en lui apportant de la chaleur et de relever les variations induites de température. Le dossier Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact a pour objet de présenter les méthodes de mesure de l’effusivité qui sont basées sur un apport d’énergie par contact. Un deuxième dossier Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes photothermiques traite des méthodes de mesures de l’effusivité où l’apport d’énergie est radiatif et donc sans contact. Il s’agit de la classe des méthodes photothermiques.
Notations et symboles des dossiers [R 2 957] Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes photothermiques
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Quelques manifestations de l’effusivité1. Définition de l’effusivité thermique
L’effusivité thermique est la racine du produit de la conductivité thermique λ (W · m−1 · K−1), de la masse volumique ρ (kg · m−3) et de la capacité thermique massique c (J · K−1 · kg−1) :
Elle s’exprime en J · m−2 · K−1 · s−1/2. Cette caractéristique intervient dans les processus de conduction thermique variables dans le temps. Elle rend compte de l’aptitude d’un corps à changer de température lorsqu’il reçoit un apport d’énergie thermique non uniformément distribué. En particulier, elle rend compte de la variation de température de surface provoquée par une variation de la densité de flux thermique en surface (norme NF EN ISO 7345 07-96).
Deux phénomènes interviennent simultanément : la région où est absorbée l’énergie voit sa température s’élever en vertu de sa capacité thermique (élévation de température inversement proportionnelle au produit ρc) et en même temps, la chaleur emmagasinée dans cette région diffuse vers les régions voisines restées froides, en vertu cette fois-ci de la conductivité thermique du matériau (flux évacué proportionnel à la conductivité λ). L’élévation de température dans la région où s’effectue l’absorption d’énergie est donc contrecarrée à la fois par une capacité thermique volumique élevée et par une conductivité élevée. L’effusivité thermique est le paramètre qui rend compte de l’importance conjointe des deux phénomènes : la variation de température par stockage de chaleur et la variation de température par conduction. Plus l’effusivité thermique d’un matériau est faible et plus la température de surface sera sensible aux changements de la densité de flux thermique en surface. On observe une effusivité élevée pour les matériaux ayant à la fois une conductivité élevée...
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Définition de l’effusivité thermique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CARSLAW (H.S.), JAEGER (J.C.) - Conduction of heat in solids - . Oxford, Clarendon Press, 2ème éd. 510 p., 1959.
-
(2) - STEHFEST (H.) - Numerical inversion of Laplace transforms - . Comm. of the ACM, 13, 10, 624, 1970.
-
(3) - Métrologie Thermique et Techniques Inverses - . École d’hiver METTI ’99, 25-30 janvier 1999, Odeillo, vol. 1-2, Presses Universitaires de Perpignan, 1999.
-
(4) - Thermal Measurements and Inverse Methods - . Eurotherm School, Aussois 2005, vol. 1-2, 2005.
-
(5) - ANDRE (S.), PHILIPPI (I.), REMY (B.) - Méthode flash et estimation de paramètres - . Métrologie thermique et techniques inverses, École d’hiver – METTI ’99, 25-30 janvier 1999, Odeillo, Volume 2 : Ateliers, Presses universitaires de Perpignan.
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