A little Theory
What is heat flow?
The notion of heat flux, or more precisely “heat flux density” is not so easy to appreciate. Let's see why.
For simplicity, heat flux and heat flux density are often equated to the same quantity. However :
-
A heat flux can be defined as the power (Watt) passing through a finite surface. Its unit is therefore the Watt ;
-
A heat flux density can be defined as the power (Watt) passing through a unit of this area. Its unit is therefore Watt/m². It is this definition which is used and called by abuse of language "heat flux".
A medium, whether solid, liquid or gaseous, is crossed by a thermal flux from one side to the other when it is subjected to a thermal transfer on one of its boundaries. The flux is not necessarily constant, but is generally damped as one moves away from the heat exchange boundary.
For this reason, the heat flow that interests us is generally that at the very boundary of heat transfer. There then exists a relationship of continuity between the flux transported to this boundary (by conduction, convection or electromagnetic radiation) and the flux transmitted into the environment. The “true” flow propagated at the boundary is then given by Fourier’s law. We can summarize this explanation with the summary below:
Types of measurables transfers
Il est important d'insister sur le fait qu'un flux thermique est le résultat de la combinaison :
-
de conditions génératrices (température, émissivité, ...) bien définies, qu'elles soient constantes ou bien variables dans le temps ;
-
d'un milieu de propagation soumis à ces conditions génératrices, milieu qui possède des caractéristiques géométrique (épaisseur) et thermiques (conductivité, densité, capacité thermique).
Aussi, à conditions génératrices données, il est tout à fait possible d'obtenir des flux thermiques différents selon le milieu de propagation. C'est ce qui fait d'ailleurs que certains matériaux sont utilisés comme isolants thermiques (le flux traversant est faible, comme dans la laine de verre) et d'autres comme dissipateurs thermiques (comme le cuivre dans les ailettes de refroidissement des ordinateurs). Cela peut sembler une évidence, mais s'agissant de fluxmétrie de précision dans des domaines critiques à forte valeur ajoutée (échangeur de centrale nucléaire, concentrateur solaire, turbomachine, ...), la conséquence majeure est la suivante : il n'existe pas de mesure de flux thermique qui soit univoque, c'est-à-dire dont la valeur puisse être considérée comme exactement égale et correspondante à ce que mon procédé subit thermiquement. Et oui ! Parce que justement, le fluxmètre que l'on insert dans le procédé à caractériser n'a pas les mêmes caractéristiques géométriques et thermiques que ledit procédé, sans quoi il faudrait fabriquer un capteur en béton voire même en bois, ...
Ayant cet état de fait en tête, il est nécessaire de traiter la mesure de flux thermique avec précaution : il s'agit pour certains utilisateurs d'une mesure relative, qui permet de caractériser un transfert d'énergie en modifiant certains paramètres opératoires (étude paramétrique, optimisation). Il s'agit pour d'autres d'une mesure de référence, connaissant les caractéristiques du capteur, permettant de dériver une fonction de transfert vers leur système pour obtenir le "flux vrai" qui le traverse.