Convection naturelle externe
Convection naturelle - Cas particuliers

1.1 Convection naturelle le long d'une paroi verticale

La configuration géométrique fondamentale permettant d'appréhender l'étude de la convection naturelle externe est représentée sur la figure 1.

L'expérience montre que l'écoulement se développant le long d'une paroi plane verticale isotherme placée dans un fluide à température uniforme et constante présente les caractéristiques d'un écoulement de couche limite. Si la température de la paroi, T _P , est supérieure à celle du fluide au loin, T _∞ , le mouvement est toujours ascendant lorsque le fluide est un gaz et il est, en général, ascendant s'il s'agit d'un liquide. Comme pour un écoulement forcé, la couche limite laminaire devient instable au-delà d'une certaine épaisseur. La figure 1 représente des écoulements le long de plaques chaude ou froide immergées dans un fluide qui est, au loin, immobile et à température T _∞ . Lorsque les écarts absolus de température |T _P,c – T _∞| ou |T _P,f – T _∞| sont égaux, les vitesses sont opposées et de même module si l'écoulement peut être modélisé par un ensemble d'équations satisfaisant des conditions de symétrie. On note aussi que le profil de vitesse présente un maximum au sein de la couche limite parce que le fluide adhère à la paroi alors qu'il est immobile au loin. En régime laminaire, on montre que ce maximum est situé au tiers de l'épaisseur de la couche limite, soit en y ≥ δ / 3 dans tout plan horizontal si le nombre de Prandtl Pr ≥ 1. Il est beaucoup plus proche de la paroi en régime turbulent.

En supposant les propriétés...