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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Annexe 1. Algorithme de Stehfest5. Performances des méthodes
5.1 Méthodes par contact
Les références bibliographiques de ce paragraphe 5.1 sont à prendre en .
HAUT DE PAGE
Il n’existe pas de méthode normalisée pour la mesure de l’effusivité, fut-elle avec ou sans contact (une norme est néanmoins en préparation pour l’utilisation de la sonde Hot Disk [54]). Certaines méthodes, après des développements tant sur l’appareillage que sur le dépouillement des données, ont conduit à la réalisation d’instruments commerciaux (plan chaud, ruban chaud, disque chaud, fil chaud asymétrique gardé).
Une analyse de sensibilité permet de classer les méthodes suivant leur aptitude à restituer l’effusivité malgré le bruit expérimental et l’influence des autres paramètres, qu’ils présentent un intérêt (diffusivité, conductivité) ou qu’ils soient « inutiles » (coefficients d’échange, résistance de contact, capacité thermique de la sonde, etc.).
La méthode du plan chaud est, sur l’aspect de la dimensionnalité (transfert 1D axial), la mieux appropriée pour la mesure d’effusivité. En introduisant une limitation géométrique à l’écoulement de la chaleur (effet d’épaisseur finie : méthodes de la source plane dynamique) ou à la distribution de l’énergie apportée à l’éprouvette (ruban chaud, disque chaud), on peut également accéder à la diffusivité du matériau, de par l’exploitation du thermogramme aux temps longs. On y accède également en plaçant une sonde de température à distance finie de la source de chaleur. Dans ce cas, les sensibilités à l’effusivité et à la diffusivité se développent après un délai du même ordre...
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Performances des méthodes
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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