NATURE DE LA MATIÈRE EMPLOYÉE

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$ IL ÉVACUATION DE LA CHALEUR PAR CONVECTION f 3

Nous avons, par définition, la formule, indiquée précédemment : Q=C.S:(T — To) f, pour déterminer la quantité de chaleur Q, dégagée pendant le tempsé, d’un corps de surface $ et de température T; la tempé- rature ambiante étant égale à T,, à une certaine distance du corps chaud et C étant ici le coefficient de convection ou d’échange de température dans les conditions de l’expérience. Nous avons vu que l° on peut à l’aide

de. cette formule, évaluer toute la chaleur qui passe du corps considéré

au fluide ambiant. Mais, différents facteurs ayant tous des caractéristiques physiques particulières, interviennent dans lès échangés de chaleur par convection, notamment la conductibilité thermique du corps solide, supposé placé dans un fluide immobile ; la chaleur spécifique, du fluide ambiant, mesurée à pression constante ; la masse spécifique du fluide et sa viscosité.

Quoiqu'il en soit la solution re des problèmes. que pose l’étude . du dégagement de la chaleur par convection a fait un très grand progrès, le jour où l’on a pu faire des expériences aux hautes températures qu’utilise actuellement l’industrie. Deux sortes de convection peuvent, ainsi, être étudiées : la convection dans le cas où la vitesse de circulation du fluide ambiant n’est pas connue — c’est la convection normale, étudiée par Dulong et Petit ainsi que par Péclet, — et la convection dans le cas où le fluide ambiant circule avec une vitesse bien déterminée.

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I. Cas où la vitesse de circulation du fluide ambiant est inconnue et pratiquement nulle, convection normale.

Ce premier cas est celui des barres omnibus, des fils conducteurs nus et des câbles normaux ; le second celui des Câbles à huile fluide mobile.

Ce dernier problème est le plus facile à résoudre. Dans le premier cas, en effet, la vitesse inconnue du fluide est fonction des différences de densité, créées au sein de celui-ci par les températures diverses que provoque la convection elle-même. Les calculs sont, alors, en général assez laborieux. Aussi a-t-on habituellement recours à une formule empirique du type suivant :

f (S) étant une fonction des dimensions du. corps en refroidissement.

Nous allons, dans de telles conditions, étudier successivement le cas des conducteurs à section circulaire et celui des conducteurs à section rectangulaire.

Conducteurs de section circulaire. — On a déterminé pratiquement les formules industrielles suivantes dans le cas de tels conducteurs, disposés parallèlement au sol. De nombreux essais ont été réalisés avec des conducteurs à section circulaire, de diamètre D, compris entre 10 et 70 mm, | portés à des températures comprises entre 20 et 1000C. En moyenne,

avec. (S) = (5) , le coefficient x est compris entre 3,2 pour les plus petits diamètres, et, 3,5 pour les plus grands et y égale 1,25. On a ainsi : Q =3,2 à 3,5 D-0%. [T — TJS .£.

Nous avons également constaté que pour des conducteurs de longueur supérieure à 4 ou 500 mm., le dégagement de chaleur par convection, aux extrêmités, n'intervient pratiquement pas.

Cette formule, donnant la chaleur dégagée par convection, dans le cas d’un conducteur à section circulaire posé horizontalement, est confirmée par la pratique industrielle, de sorte que l’on peut adopter sans hésitation. On prendra, couramment, une valeur moyenne de &, ce qui nous donne :

Q — 3,3 D-0%.[T — T.]=#% par seconde.

Le coefficient de convection varie évidemment, en fonction de la

viscosité du fluide, c’est-à-dire pratiquement de l’état hygrométrique de l’air, et de la pureté du fluide, c’est-à-dire en fait, de la quantité de

poussières et de gaz carbonique que renferme l’air. La formule précédente correspondant a un état hygrométrique moyen, la masse d’humidité que renferme l’air est dans ce cas, 50 p. 100 de ce qu’elle serait si l’air était saturé d’humidité. Mais, si l’état hygrométrique augmente, le coefficient &« croit également, ainsi pour un état hygrométrique de 80 p. 100, « atteint 3,8 ou 4. |

Les poussières en suspension dans 1 interviennent aussi, comme nous venons de le signaler, dans l’évacuation de la chaleur, de même que la présence du gaz carbonique ; la chaleur dégagée étant moindre si l’air renferme des poussières et du gaz carbonique. Mais, d’une façon générale, ces facteurs sont négligeables dans le cas des câbles et de l’électrotechnique pratique. Aussi pensons-nous que les formules données ci-dessus peuvent être utilisées en toute confiance, quelque soit la valeur de ces deux facteurs. .

Dans le cas des câbles nus disposés verticalement et de longueur supérieure à 1 mètre, nous avons constaté que la quantité de chaleur évacuée ne dépend. pas pratiquement du diamètre D du câble. On peut alors écrire:

Avec des conducteurs d’une longueur supérieure à un mètre, la température dans la partie médiane de ceux-ci est d’environ 5 p. 100 plus élevée que celle des deux extrémités. Mais,

il est difficile d’évaluer avec plus de précision cette difté- fl rence de température que nous avons constatée notamment ÿ dans le cas des conducteurs d’un diamètre supérieur à É 30 m/m. a. 18.

; ; : isposition Conducteurs de section rectangulaire. — Dans ce cas, les PA IN phénomènes de convection dépendent avant tout, de la . FRAIS . £ ER . eurs rectanposition des barres, par rapport à leurs supports suivant gulaires : qu’elles sont placées debout (fig. 18 a) ou à plat (fig. 18 b) ahpore debout.

et de la disposition verticale ou horizontale des supports. 3) L6se à plat.

Pour une installation faite conformément à la position a ‘avec des supports disposés horizontalement, les essais conduisent à admettre une variation de chaleur linéaire conforme à l’expression suivante :

= E[T — T,]1%.10 -4 cal /cm?.

La position horizontale des supports avec un conducteur à plat, posi-

-tion b, donne une variation plus complexe de la quantité de chaleur