0207-3ACh6. Coefficient de transfert convectif à la surface d’un pare-brise en hiver*

Pour dégivrer la glace accumulée sur la surface extérieure d’un pare-brise d’automobile, de l’air chaud est soufflé sur la surface intérieure du pare-brise. Considérons un pare-brise d’automobile avec une hauteur totale de H = 0,5m et une épaisseur de e = 5mm. La conductivité thermique du parebrise est λ_v = 1,4W·m⁻¹·K⁻¹. L’air extérieur (à 1 atm) est à T_e = −10°C. La voiture roule à une vitesse v =80 km·h⁻¹. L’air à l’intérieur de la voiture est à la température T_i = 25°C. On note T_pe = 0°C, la température sur la paroi extérieure du pare-brise.

L’objectif de cet exercice est de déterminer le coefficient de convection nécessaire pour l’air à l’intérieur de la voiture afin de faire fondre la glace à l’extérieur de la voiture.

1-) Représenter, avec soin, le schéma électrique équivalent de la situation considérée

2-) En utilisant deux expressions du flux de chaleur (à spécifier), exprimer le coefficient de transfert convectif de l’air intérieur noté h_i, en fonction uniquement de h_e, T_i, T_e, T_pe, e et λ_v.

3-) En vue de déterminer le coefficient de transfert convectif de l’air extérieur, à quelle température calcule-t-on les propriétés Thermophysiques de l’air extérieur. Pour cette température, donner ces propriétés Thermophysiques.

4-) Déterminer la nature du régime d’écoulement de l’air extérieur en bout de vitre (x = H). À partir de quelle distance D du bord d’attaque observe-t-on ce régime d’écoulement ?

5-) Représenter graphiquement la variation de l’épaisseur de la couche limite dynamique en fonction de la distance le long de la vitre. Faire apparaître la distance D et identifier les régimes d’écoulement considérés.

6-) En détaillant la démarche, calculer le coefficient de transfert convectif de l’air extérieur, noté h_e.

7-) En déduire la valeur du coefficient de transfert convectif de l’air intérieur h_i.

8.-) En supposant que l’écoulement est uniquement turbulent sur l’ensemble de l’intérieur du pare-brise, calculer une estimation de la vitesse d’écoulement de l’air intérieur, notée v_i. La température pour la détermination des propriétés Thermophysiques sera calculée, puis approximée par la valeur la plus proche disponible dans la table. Les propriétés Thermophysiques seront alors données pour cette température approchée.