Le raccourci le plus répandu en analyse thermique consiste à laisser le solide hors du modèle et à appliquer un coefficient d'échange thermique (h) à la paroi. C'est rapide, et parfois c'est juste. Le problème est que, dans la plupart des cas, h est le résultat. Le fournir en donnée d'entrée revient à supposer la réponse d'avance [1] [2].
Quand le solide peut être laissé de côté
- Quand la résistance thermique du solide est négligeable devant le côté fluide (paroi métallique mince, convection forcée d'un côté)
- Quand h provient d'une corrélation fiable ou d'une mesure, et que la géométrie appartient à la famille dont cette corrélation est issue
- Quand la grandeur recherchée se situe côté fluide et que la température du solide n'est qu'une condition aux limites
Quand le solide doit être résolu
Quand la conduction dans le solide gouverne. Parois épaisses, matériau peu conducteur, sources de chaleur noyées. La distribution de température découle alors de la géométrie du solide lui-même.
Quand la chaleur s'étale latéralement. Sur une carte électronique ou une ailette de dissipateur, la chaleur s'étale sur les côtés depuis sous la source. Un modèle de résistance unidimensionnel ne le voit pas et surestime le point chaud.
Quand h varie fortement avec la position. Jets impactants, zones de décollement, points de recollement. Appliquer un h moyen unique efface précisément cette variation.
Quand les résistances de contact comptent. La résistance thermique de contact entre surfaces est, dans bien des assemblages, le terme dominant.
Les échelles de temps ne concordent pas
Le fluide atteint son équilibre en quelques secondes ; le solide met des minutes ou des heures. Dans une solution conjuguée instationnaire, résoudre le fluide intégralement à chaque pas est inutilement coûteux. Là où l'inertie thermique du solide domine, le côté fluide peut être actualisé moins souvent et la solution mise à l'échelle en conséquence.
Ce qui doit figurer dans le rapport
Quelles régions ont été résolues comme solides, les conductivités des matériaux, les éventuelles résistances de contact et d'où viennent ces chiffres. Les données matériaux sont, dans la plupart des analyses thermiques, la principale source d'incertitude ; une valeur de conductivité sans source déclarée rend le résultat impossible à discuter.
Références
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6
- JEDEC Solid State Technology Association. JESD51 — Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device).