Convection : écoulement dans les gaz et les liquides

Le terme convection vient du latin et signifie quelque chose comme emporté ou emporté. Il décrit ainsi le transport de matière via des écoulements gazeux ou liquides. Lorsqu’il s’agit de transport d’énergie, les experts parlent souvent de flux de chaleur ou d’entraînement de chaleur. Nous expliquons comment cela fonctionne et quel rôle joue la convection dans la technologie de chauffage.

Lorsqu’il s’agit de convection en physique, on peut entendre des formes de transport très différentes. Ce qu’ils ont tous en commun, cependant, c’est la connexion avec des fluides liquides ou gazeux. Si ceux-ci sont mis en mouvement par divers facteurs d’influence, ils peuvent entraîner avec eux des substances dissoutes, des variables d’état physique ou de l’énergie thermique. Dans le domaine de la technique de chauffage, ce dernier revêt une importance énorme. En effet, la convection thermique (flux de chaleur) est un moyen de transporter la chaleur d’une source de chaleur vers un dissipateur de chaleur.

En général, les experts font la distinction entre convection libre et forcée. La convection libre est causée par divers facteurs d’influence naturels. Des milieux gazeux ou liquides sont mis en mouvement, par exemple en raison de différences de densité ou de tension superficielle. En convection forcée, des aides techniques assurent le déplacement des gaz ou des liquides. Les machines à flux telles que les pompes ou les ventilateurs doivent être mentionnées ici à titre d’exemple.

Pour diverses raisons, il peut être nécessaire de calculer la convection dans un système. De cette manière, les experts peuvent prédire le flux de gaz ou de liquides et optimiser les systèmes en conséquence. Cependant, comme les processus physiques dépendent de nombreuses interactions, des calculs précis ne sont guère possibles. Des simulations assistées par ordinateur sont donc utilisées. Ceux-ci prennent en compte de nombreux facteurs et peuvent développer une image du flux possible.

En ce qui concerne le transport de la chaleur, la convection diffère considérablement du rayonnement et de la conduction. Le rayonnement (y compris le rayonnement thermique) transporte l’énergie thermique sous forme d’ondes électromagnétiques. Tout comme les rayons du soleil, ceux-ci se déplacent dans l’espace sans liquides, gaz ou solides. Ceci est différent avec la soi-disant conduction (conduction thermique). En effet, l’énergie migre à travers les corps solides à la suite du mouvement de petits atomes. Ceux-ci reposent dans une structure en treillis et commencent à vibrer lorsqu’ils sont exposés à la chaleur. S’ils entrent en collision avec des particules voisines, ils les font également vibrer et leur transfèrent de l’énergie thermique.

En pratique, les différentes formes de transport de chaleur se chevauchent. Les experts parlent de transfert de chaleur lorsque la chaleur passe d’un milieu gazeux ou liquide à un corps solide et de là à un autre fluide. Vous trouverez également de plus amples informations sur la conduction et le flux de chaleur dans l’article « Chaleur – définition et notions de base ».

Dans la technologie du chauffage, la convection a une signification très particulière. Parce qu’il est essentiel pour le fonctionnement d’un système de chauffage à eau chaude à pompe moderne. Une pompe entraîne l’eau de chauffage à travers un réseau de canalisations fermé. Celui-ci absorbe l’énergie de la chaudière et la transporte par convection forcée vers les surfaces de chauffe. Les premiers radiateurs à gravité reposaient uniquement sur la convection en raison des différences de température et de densité et ne nécessitaient pas de pompe à chaleur. Cependant, cela n’était pas efficace en raison des grands diamètres de tuyaux.

La convection, en revanche, n’est pas du tout souhaitable dans un réservoir de stockage stratifié. Cela stocke l’énergie thermique pour le chauffage des locaux et l’eau chaude. Un fort courant mélangerait l’eau à l’intérieur. La température chuterait rapidement et la chaudière devrait démarrer fréquemment. Des constructions spéciales sont utilisées pour empêcher que cela ne se produise. Ceux-ci empêchent la convection et donc aussi le mélange de l’eau de chauffage. Le milieu s’accumule alors dans différentes couches de température. De cette façon, il peut encore y avoir de l’eau chaude à l’extrémité supérieure du réservoir de stockage alors que la majeure partie du réservoir de stockage tampon a déjà été déchargée et refroidie. Le chauffage ne doit pas démarrer aussi souvent et consomme moins de combustible.