comprendre le numéro de biot en thermodynamique calcul et application

Formule-:Bi-=-(h-*-L_c)-/-k

Où-:

• h-=-Coefficient-de-transfert-de-chaleur-convective-(mesuré-en-W/m²·K)
• L_c-=-Longueur-caractéristique-(mesurée-en-mètres)
• k-=-Conductivité-thermique-du-matériau-(mesurée-en-W/m·K)

Ces-paramètres-aident-à-évaluer-la-proportion-de-chaleur-conduite-au-sein-du-matériau-par-rapport-à-la-chaleur-transférée-depuis-sa-surface.

Décomposition-de-la-Formule

Pour-réellement-comprendre-le-Numéro-de-Biot,-il-est-essentiel-de-comprendre-chaque-composant.

• Coefficient-de-Transfert-de-Chaleur-Convective-(h)-:-Ce-coefficient-représente-le-taux-de-transfert-de-chaleur-par-unité-de-surface-et-par-différence-de-température-unitaire-entre-une-surface-et-le-fluide-environnant.-Des-valeurs-plus-élevées-indiquent-un-transfert-de-chaleur-efficace-par-convection.
• Longueur-Caractéristique-(L_c)-:-Elle-est-généralement-définie-comme-le-volume-du-corps-divisé-par-sa-surface.-Elle-fournit-une-mesure-de-l'échelle-de-taille-du-corps-par-rapport-à-la-conduction-thermique.
• Conductivité-Thermique-(k)-:-Cette-propriété-du-matériau-indique-sa-capacité-intrinsèque-à-conduire-la-chaleur.-Une-conductivité-thermique-plus-élevée-signifie-que-le-matériau-est-un-bon-conducteur-de-chaleur.

Importance-Pratique-du-Numéro-de-Biot

Le-Numéro-de-Biot-est-crucial-pour-déterminer-le-modèle-de-transfert-de-chaleur-approprié-à-utiliser.-Considérons-quelques-scénarios-pratiques-:

• Si-Bi-<-0.1-:

Lorsque-le-Numéro-de-Biot-est-inférieur-à-0.1,-la-résistance-thermique-interne-du-corps-est-beaucoup-plus-petite-que-sa-résistance-thermique-externe.-Dans-ce-cas,-on-peut-supposer-que-l'ensemble-du-corps-est-à-une-température-uniforme-(hypothèse-du-système-compact).

• Si-Bi->-0.1-:

Lorsque-le-Numéro-de-Biot-est-supérieur-à-0.1,-la-résistance-thermique-interne-est-comparable-ou-supérieure-à-la-résistance-thermique-externe.-Dans-de-tels-cas,-les-gradients-de-température-au-sein-du-corps-ne-peuvent-pas-être-ignorés-et-doivent-être-analysés-à-l'aide-de-méthodes-plus-complexes-comme-l'analyse-par-éléments-finis.

Exemple-Pratique

Regardons-un-exemple-qui-illustre-comment-le-Numéro-de-Biot-est-calculé-et-interprété.-Imaginons-que-nous-concevions-une-tige-métallique-(longueur-caractéristique,-0.5-mètres)-à-refroidir-par-de-l'air.-Les-paramètres-sont-:

• Coefficient-de-transfert-de-chaleur-convective-(h)-=-15-W/m²·K
• Longueur-caractéristique-(L_c)-=-0.5-mètres
• Conductivité-thermique-(k)-=-200-W/m·K

En-utilisant-la-formule-du-Numéro-de-Biot,-nous-obtenons-:

Bi-=-(15-*-0.5)-/-200-=-0.0375

Étant-donné-que-Bi-<-0.1,-nous-pouvons-conclure-que-l'hypothèse-du-système-compact-est-valide,-et-la-température-au-sein-de-la-tige-peut-être-supposée-uniforme-pour-nos-calculs.

Tableaux-de-Données-et-Questions-Fréquentes

Paramètres-Communs-pour-Divers-Scénarios

Questions-Fréquemment-Posées

• Q-:-Quelle-est-la-différence-entre-le-Numéro-de-Biot-et-le-Numéro-de-Nusselt-?
  R-:-Alors-que-le-Numéro-de-Biot-compare-les-résistances-thermiques-internes-et-externes,-le-Numéro-de-Nusselt-(Nu)-caractérise-le-transfert-de-chaleur-par-convection-par-rapport-au-transfert-de-chaleur-par-conduction-au-sein-d'un-fluide.
• Q-:-Le-Numéro-de-Biot-peut-il-être-supérieur-à-1-?
  R-:-Oui,-un-Numéro-de-Biot-supérieur-à-1-indique-que-la-résistance-thermique-interne-est-significativement-plus-élevée-que-la-résistance-thermique-externe,-nécessitant-une-analyse-détaillée-pour-un-modèle-de-transfert-de-chaleur-précis.

Conclusion

Comprendre-le-Numéro-de-Biot-et-ses-implications-permet-aux-ingénieurs-et-aux-scientifiques-de-choisir-les-modèles-de-transfert-de-chaleur-appropriés-pour-diverses-applications.-C'est-un-outil-essentiel-pour-garantir-que-les-analyses-thermiques-soient-à-la fois précises et efficaces. En comprenant les nuances du Numéro de Biot, vous pouvez prendre des décisions plus éclairées en matière de gestion thermique et de conception.

Tags: thermodynamique, Transfert de chaleur, Nombre de Biot