Le coefficient d'échange thermique se définit en divisant le flux thermique pariétal par une différence de température. La différence de température au dénominateur est choisie, non mesurée — et quand le choix change, h change alors que la physique, non.
Trois choix courants
Température de l'écoulement libre. Naturelle en écoulement externe : la température de l'écoulement non perturbé loin du corps.
Température de mélange (bulk). Correcte en écoulement interne : la température moyenne pondérée par le débit massique dans cette section. C'est le choix standard pour conduites et gaines, et elle varie le long de l'axe.
Température de la cellule adjacente. Ce que les solveurs emploient parfois par défaut. Elle dépend du maillage : changez la taille de maille et h change. Sous cette forme, elle n'est pas utilisable pour comparer des matériaux ou des conceptions.
Pourquoi cela compte
Si un rapport dit « h = 45 W/m²K » sans préciser la référence, ce nombre n'est comparable à aucune autre étude. Sur le même problème, les trois définitions peuvent donner des valeurs différant d'un facteur — en particulier dans la zone d'entrée et après décollement.
Local ou moyenné
C'est la seconde source d'ambiguïté. Un h moyenné sur la surface masque le point chaud. Sous un jet impactant, le h local au centre vaut plusieurs fois la moyenne. Si le critère d'acceptation est le point chaud, travailler avec un h moyen déplace le résultat du côté non sûr, et non du côté sûr.
La conséquence pratique
Résoudre le fluide au lieu de fournir h en donnée d'entrée supprime exactement cette ambiguïté. Voir la note sur le transfert thermique conjugué.
Si h figure dans un rapport, trois choses l'accompagnent : la définition de la température de référence, s'il est local ou moyenné, et la surface sur laquelle il a été moyenné.
Références
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4