Une équipe de chercheurs de l’Institut des instruments scientifiques travaillant avec un collègue de l’Université Charles, tous deux en République tchèque, a montré que la chaleur circule plus efficacement lorsque la température du matériau à travers lequel elle circule oscille, au lieu de rester stable. Dans leur article publié dans la revue Lettres d’examen physique, le groupe décrit les expériences qu’ils ont menées avec le chauffage et le refroidissement de l’hélium dans un conteneur et sa pertinence par rapport à une théorie proposée il y a à peine deux ans.
En 1916, le physicien John William Strutt, 3e baron Rayleigh, a montré un exemple de flux de chaleur oscillant. Il a rempli un récipient avec un fluide, puis a placé un serpentin chauffé en dessous et une plaque de refroidissement sur le dessus. Cela a forcé le liquide à monter et descendre dans le récipient. L’effet est connu sous le nom de convection de Rayleigh-Bénard – on peut le voir dans l’action des lampes à lave. Il y a deux ans, une équipe de l’Université de Twente a proposé que le flux de chaleur dans un système de convection Rayleigh-Bénard serait plus efficace si la chaleur provenant de la base oscillait. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont montré que cette théorie était correcte.
Le travail consistait à créer un conteneur avec un dispositif de chauffage au fond qui pouvait se déplacer à travers un gradient de température au fil du temps. Et comme Strutt, ils ont placé un dispositif de refroidissement sur le dessus. Contrairement à Strutt, cependant, ils utilisaient un gaz plutôt qu’un liquide – dans leur cas, l’hélium. Ils ont également mené leurs expériences à des températures inférieures à la température ambiante. Pour en savoir plus sur l’impact de ces oscillations sur la chaleur circulant dans le système, ils ont effectué plusieurs cycles au cours desquels la vitesse des oscillations variait de 0,006 à 0,2 Hz.
Ils ont constaté que, comme prévu, une source de chaleur oscillante déplaçait la chaleur dans le système plus efficacement, jusqu’à 25 % de plus. Une théorie antérieure suggérait que l’amélioration de l’efficacité était due à une déstabilisation entre les limites des liquides dans la chambre, permettant aux zones liquides qu’elles contiennent de se déplacer plus facilement les unes par rapport aux autres.
P. Urban et al, Amélioration de l’efficacité des ondes thermiques et du transfert de chaleur dans la convection thermique turbulente à modulation harmonique, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.134502
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