Le rayonnement est le mécanisme le plus souvent négligé en analyse thermique, et celui dont l'omission cause le plus d'erreur. La raison en est que, à la différence de la convection, il se visualise mal. La décision n'est pourtant pas affaire d'intuition ; elle demande quelques lignes de calcul [1].
Un test simple
Le flux thermique radiatif croît avec la puissance quatrième de la température absolue. En pratique :
- Sous 60 °C avec convection forcée, il peut généralement être négligé
- Entre 100 et 200 °C il atteint le même ordre que la convection naturelle ; le négliger signifie 20 à 40 % d'erreur
- Au-dessus de 300 °C il domine, et le négliger invalide l'analyse
La façon pratique de trancher : calculer à la main les flux radiatif et convectif depuis la surface et en faire le rapport. Au-delà de 0,1, le rayonnement entre dans le modèle.
La convection forcée ne sauve pas toujours
« Il y a un ventilateur, donc le rayonnement n'a pas d'importance » est une hypothèse répandue et dangereuse. Dans les zones mortes que le ventilateur n'atteint pas, le coefficient d'échange local chute et le rayonnement y devient dominant. Les points chauds apparaissent en général précisément dans ces zones.
L'émissivité pèse autant que le modèle
L'émissivité de surface est souvent laissée à sa valeur par défaut, et le résultat lui est directement proportionnel.
| Surface | Émissivité approximative |
|---|---|
| Aluminium poli | 0,05 |
| Aluminium oxydé | 0,2 – 0,3 |
| Surface peinte (la couleur est sans effet) | 0,85 – 0,95 |
| Surface anodisée | 0,8 – 0,9 |
Entre le métal brillant et une surface peinte, il y a un facteur quinze. Peindre un dissipateur peut être plus efficace que d'ajouter des ailettes.
Le choix du modèle
Rayonnement surface à surface (fluide transparent) : les approches par facteurs de forme sont appropriées et nécessaires en milieu fermé.
Milieu participant (produits de combustion, vapeur d'eau, suies) : le rayonnement du gaz doit être pris en compte, et il gouverne le flux thermique pariétal dans les chambres de combustion.
Charge solaire : pour les équipements extérieurs, les composantes directe et diffuse doivent être définies séparément.
Ce qui doit figurer dans le rapport
Si le rayonnement a été inclus, la justification dans le cas contraire, et les valeurs d'émissivité retenues. « Le rayonnement a été négligé » ne suffit pas en soi ; il faut énoncer pourquoi il pouvait l'être.
Références
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.
- ASHRAE Technical Committee 9.9 (2021). Thermal Guidelines for Data Processing Environments, 5th ed. ASHRAE, Atlanta.