Le nombre de Fourier est une grandeur sans dimension qui mesure la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Il est principalement utilisé pour décrire la conduction thermique en régime transitoire, c'est-à-dire lorsque la température à l'intérieur du matériau varie au cours du temps.
Cet indicateur s'avère particulièrement précieux pour évaluer la conductivité thermique de matériaux aux caractéristiques non uniformes, car il permet d'obtenir une valeur moyenne adimensionnelle représentative. Il existe également une variante, appelée nombre de Fourier modifié, qui décrit la propagation de la chaleur à travers un écoulement : le rideau d'air d'un système de climatisation ou une paroi d'eau en mouvement, par exemple.
En pratique, le nombre de Fourier permet d'estimer les pertes de chaleur d'un matériau au fil du temps. Il se calcule à l'aide de la formule suivante :
Fo = (α × t) / L²
où α désigne la diffusivité thermique du matériau, t la durée d'observation et L l'épaisseur du matériau traversée par la chaleur.
Ce dont vous aurez besoin
- La valeur de la diffusivité thermique du matériau ;
- L'épaisseur du matériau, ou un instrument permettant de la mesurer.
Calculer le nombre de Fourier classique
Étape 1 : Mesurer l'épaisseur du matériau
Si elle n'est pas déjà connue, déterminez l'épaisseur du matériau à travers lequel la chaleur se transfère ou se diffuse. Dans la plupart des cas, une règle, un pied à coulisse ou un mètre ruban suffit pour effectuer cette mesure.
Étape 2 : Déterminer la diffusivité thermique
Relevez la diffusivité thermique du matériau dans des tableaux de référence facilement accessibles. Si la valeur est exprimée par unité de longueur (pouce ou centimètre), multipliez-la par l'épaisseur réelle du matériau afin d'obtenir une valeur cohérente avec vos mesures.
Étape 3 : Élever l'épaisseur au carré
Calculez le carré de l'épaisseur du matériau (L²). Cette valeur constituera le dénominateur de la formule.
Étape 4 : Multiplier la diffusivité par la durée
Multipliez la diffusivité thermique par la période pendant laquelle la conduction de la chaleur a été observée. Si aucune mesure n'a été enregistrée manuellement, utilisez une durée d'une minute par défaut.
Étape 5 : Effectuer la division
Divisez le résultat obtenu à l'étape 4 par le carré de l'épaisseur calculé à l'étape 3. Le chiffre obtenu correspond au nombre de Fourier du matériau.
Calculer le nombre de Fourier modifié
Étape 6 : Mesurer l'épaisseur de l'écoulement
Déterminez l'épaisseur de l'écoulement à travers lequel la chaleur doit passer. Il peut s'agir de la largeur d'un rideau d'air ou d'un mur d'eau.
Étape 7 : Choisir la bonne diffusivité thermique
Reportez-vous aux tableaux de référence pour trouver la diffusivité thermique du fluide concerné, puis multipliez-la par l'épaisseur réelle de l'écoulement. Pour un mur d'eau, utilisez la diffusivité thermique de l'eau ; pour un rideau d'air, celle de l'air.
Étape 8 : Élever l'épaisseur de l'écoulement au carré
Calculez le carré de l'épaisseur de l'écoulement.
Étape 9 : Multiplier la diffusivité par la durée
Multipliez la diffusivité thermique par la durée d'observation de la conduction thermique. À défaut de relevé manuel, retenez une durée d'une minute.
Étape 10 : Effectuer la division finale
Divisez le produit obtenu à l'étape 9 par le carré de l'épaisseur calculé à l'étape 8. Le résultat est le nombre de Fourier modifié de l'écoulement.
Bien interpréter le résultat
Un nombre de Fourier élevé indique que la chaleur se diffuse rapidement à travers le matériau ou l'écoulement considéré, tandis qu'une valeur faible traduit une diffusion lente. Cette grandeur est donc essentielle pour dimensionner des isolants, anticiper les pertes thermiques ou analyser le comportement de systèmes dynamiques comme les rideaux d'air.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/architecture/1007032120.html