Carburant diesel – Densité – Point de fusion – Conductivité thermique

À propos du carburant diesel

En général, le carburant diesel est tout carburant liquide spécifiquement conçu pour être utilisé dans les moteurs diesel, dont l’allumage du carburant a lieu, sans aucune étincelle, à la suite de la compression du mélange d’air d’admission puis de l’injection de carburant. Actuellement, la principale source de carburant pour les véhicules routiers est l’huile de pétrole. Le pétrole est un liquide fossile naturel composé d’un mélange complexe d’hydrocarbures de divers poids moléculaires et de divers autres composés organiques. Ces composants sont séparés par distillation fractionnée dans une raffinerie de pétrole afin de produire de l’essence, du carburant diesel, du kérosène et d’autres produits. 

Sommaire

Nom	Carburant Diesel
Phase à STP	liquide
Densité	850kg/m3
Résistance à la traction ultime	N / A
Limite d’élasticité	N / A
Module de Young	N / A
Dureté Brinell	N / A
Point de fusion	N / A
Conductivité thermique	0,13 W/mK
Capacité thermique	2100 J/g·K
Prix	1,1 $/kg

Densité du carburant diesel

Les densités typiques de diverses substances sont à la pression atmosphérique. La densité est définie comme la masse par unité de volume. C’est une propriété intensive, qui est définie mathématiquement comme la masse divisée par le volume: ρ = m/V

En d’autres termes, la densité (ρ) d’une substance est la masse totale (m) de cette substance divisée par le volume total (V) occupé par cette substance. L’unité SI standard est le kilogramme par mètre cube (kg/m³). L’unité anglaise standard est la masse de livres par pied cube (lbm/ft³).

La densité du carburant diesel est de 850 kg/m³.

Exemple: Densité

Calculez la hauteur d’un cube de carburant diesel, qui pèse une tonne métrique.

Solution:

La densité est définie comme la masse par unité de volume. Il est mathématiquement défini comme la masse divisée par le volume: ρ = m/V

Comme le volume d’un cube est la troisième puissance de ses côtés (V = a³), la hauteur de ce cube peut être calculée:

La hauteur de ce cube est alors a = 1,056 m.

Propriétés thermiques du carburant diesel

Carburant diesel – Point de fusion

Le point de fusion du carburant diesel est N/A.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la fusion est un changement de phase d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le point de fusion d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le point de fusion définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.

Carburant diesel – Conductivité thermique

La conductivité thermique du carburant diesel est de 0,13 W/(m·K) .

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gaz), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

La conductivité thermique de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire k = k (T). Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.

Carburant diesel – Chaleur spécifique

La chaleur spécifique du carburant diesel est de 2100  J/g K .

La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique, est une propriété liée à l’énergie interne très importante en thermodynamique. Les  propriétés intensives c_v et c_p sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’ énergie interne  u(T, v) et de  l’ enthalpie h(T, p), respectivement: 

où les indices v et p désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés c_v et c_p sont appelées chaleurs spécifiques (ou capacités calorifiques) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont J/kg Kou J/mol K.

Exemple: Calcul du transfert de chaleur

La conductivité thermique est définie comme la quantité de chaleur (en watts) transférée à travers une surface carrée de matériau d’une épaisseur donnée (en mètres) en raison d’une différence de température. Plus la conductivité thermique du matériau est faible, plus la capacité du matériau à résister au transfert de chaleur est grande.

Calculer le taux de flux de chaleur à  travers un mur de 3 mx 10 m de surface (A = 30 m²). Le mur a une épaisseur de 15 cm (L₁) et est constitué de carburant diesel avec une conductivité thermique de k₁ = 0,13 W/mK (mauvais isolant thermique). Supposons que les températures intérieure et extérieure  sont de 22°C et -8°C, et que les  coefficients de transfert de chaleur par convection  sur les côtés intérieur et extérieur sont h₁ = 10 W/m²K et h₂ = 30 W/m²K, respectivement. A noter que ces coefficients de convection dépendent fortement notamment des conditions ambiantes et intérieures (vent, humidité, etc.).

Calculez le flux de chaleur (perte de chaleur) à travers ce mur.

Solution:

Comme cela a été écrit, de nombreux processus de transfert de chaleur impliquent des systèmes composites et impliquent même une combinaison de conduction et de convection. Avec ces systèmes composites, il est souvent pratique de travailler avec un coefficient de transfert de chaleur global, appelé  facteur  U. Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de refroidissement de Newton:

Le coefficient de transfert de chaleur global est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème.

En supposant un transfert de chaleur unidimensionnel à travers la paroi plane et sans tenir compte du rayonnement, le coefficient de transfert de chaleur global  peut être calculé comme suit:

Le coefficient de transfert thermique global est alors: U = 1 / (1/10 + 0,15/0,13 + 1/30) = 0,78 W/m²K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme suit: q = 0,78 [W/m²K] x 30 [K] = 23,31 W/m²

La perte totale de chaleur à travers ce mur sera de: q_perte = q . A = 23,31 [W/m²] x 30 [m²] = 699,2 W