Rapport de jury du Mines Ponts MP 2022 : Physique 2
FAQ
L’anémométrie à fil chaud est une technique utilisée pour mesurer la vitesse d’écoulement d’un fluide, comme l’air. Elle repose sur le principe selon lequel la vitesse du fluide influence le transfert thermique entre un fil chauffé (par effet Joule) et le fluide environnant. En mesurant la variation de température ou de résistance électrique du fil, on peut déterminer la vitesse du fluide.
La résistance électrique du fil chaud dépend de sa résistivité, qui elle-même varie avec la température. Cette relation est généralement linéaire sur une plage de températures donnée et peut être exprimée par une équation reliant la résistivité à la température. Ainsi, à mesure que la température du fil augmente, sa résistivité et donc sa résistance électrique augmentent également.
Les matériaux fréquemment utilisés pour les fils chauds en anémométrie incluent le tungstène, le platine et les alliages de platine-iridium. Le tungstène, par exemple, possède une résistivité de 5,5 µΩ·cm, une conductivité thermique de 1,9 W·cm⁻¹·K⁻¹, une masse volumique de 19 300 kg·m⁻³ et une capacité thermique massique de 0,14 kJ·kg⁻¹·K⁻¹. Ces propriétés influencent la performance du fil chaud en termes de réponse thermique et de robustesse.
Le coefficient de transfert thermique conducto-convectif, noté h, augmente avec la vitesse d’écoulement du fluide. Lorsque la vitesse du fluide augmente, le transfert de chaleur par convection autour du fil devient plus efficace, ce qui se traduit par une augmentation du coefficient h. Cette relation est essentielle pour déterminer la vitesse du fluide en fonction des variations de température ou de résistance du fil.