Pré-étude physique

Ecoulement laminaire ou turbulent

Pour des vitesses faibles les particules se déplacent selon des couches ordonnées les unes au-dessus des autres ; l´écoulement est dit laminaire. Pour des fortes vitesses, l´écoulement se caractérise par des mouvements trois-dimensionnels, stochastiques et non stationnaires ; l´écoulement est alors dit turbulent. Les vitesses varient avec le temps autour de valeurs moyennes. Si l´on place des ventilateurs, l´écoulement créé sera turbulent du fait des fortes vitesses et de la vorticité. Si l´on élève les vitesses d´un écoulement ä l´origine laminaire, en dépassant une certaine limite survient la transition vers un écoulement turbulent.

Écoulement turbulent et laminaire dans un tube

Écoulement turbulent après une balle

rayonnement thermique

Le rayonnement thermique est un échange de flux thermiques entre plusieurs surfaces que ne sont pas en contact direct entre elles. Son intensité est définie par le coefficient de rayonnement ε de chacune des surfaces. La densité de transfert thermique rayonnée depuis la surface d´un corps prend en compte les différences de température avec un facteur quatre, c´est pourquoi le rayonnement ne doit être pris en compte que pour de hautes températures ou en l'absence de convection forcée. L´option rayonnement doit être sélectionné dans le logiciel de calcul CFD.

Conduction et convection

Dans un solide la chaleur est transportée par le phénomène de conduction, qui est caractérisé par le coefficient de conduction λ.
Dans un fluide en mouvement l´énergie se déplace aussi par le phénomène de convection, qui est caractérisé par le coefficient de transfert thermique α. Quand le liquide ou le gaz de refroidissement est pressé dans la machine, par exemple avec des ventilateurs, la convection est dite forcée.
Si le gaz de refroidissement n´est ni entraîné par des ventilateurs ni par la rotation d´un rotor, un écoulement lent peut se créer du fait des différences de densités résultant des différences de températures. Ce transport thermique est appelé convection libre ; du fait de sa non-stationnarité il doit être calculé de façon non stationnaire par la définition d´un écart de temps approprié.

Températures à la surface pour un moteur électrique, modèle développé par E-Cooling pour présentations

Transfert thermique conjugué

Les températures des solides et des parois sont linéairement dépendantes avec la conduction, alors que la dépendance des températures des parois et des fluides de refroidissement voisins est régie par la convection. La conduction et la convection doivent être calculées simultanément ; c'est ce qu'on appelle le transfert de chaleur conjugué.
Lorsque l´option transport thermique est sélectionné dans le logiciel de calcul, l´équation de l´énergie sera résolue en supplément de celle de la continuité et des équations du mouvement. Cette équation représente la relation entre les chutes de température, courants thermiques et gradients de vitesse.