Analyse dans le domaine fréquence de la création d’entropie dans les systèmes thermiques en évolutions

M. Beihaqi*, S. Belattar

Laboratoire d’Energétique et de Traitement du signal

U.F.R Instrumentation et Traitement du signal

Faculté des Sciences, B.P. 20

24000 El Jadida - Maroc

* Corresponding author. E-mail : mbeihaqi@ucd.ac.ma

Received 02 January 2001

Abstract 

The notion of entropy together with the balance of internal energy are commonly used for characterizing the thermal system evolution. The irreversibility of heat flow variation induce an increase of entropy which is representative of processes of internal dissipation. The problem of internal dissipation has been studied in the time domain but most theoretical studies had not give satisfactory results in transient regime. This paper proposes a frequency domain analysis of entropy flow counting entropy exchanges and entropy generation. The new theoretical results show that the effective thermal resistance (real part of thermal impedance) is representative of the evolution of entropy generation and that the thermal capacitance (imaginary part of thermal impedance) is representative of the evolution of the total entropy. The application of these theoretical results to some materials of known thermophysical constants leads us to characterize the thermal inertia and the properties of these materials for which they can been assembled to form some multilayer structures with minimal thermal losses.

Keywords : Entropy generation; Thermal impedance; Transient regime; Thermal inertia.

Résumé

La caractérisation de l’évolution des systèmes thermiques se fait habituellement à l’aide du bilan d’échange d’énergie et d’entropie avec le milieu extérieur. L’irréversibilité due aux variations rapides de l’échange thermique est génératrice d’une augmentation d’entropie signe de dissipation interne d’énergie. Les études théoriques concernant cette dissipation ont été beaucoup plus entreprises dans le domaine temps que dans le domaine fréquence et avaient donné des résultats peu satisfaisants surtout en régime transitoire. Dans cet article, nous proposons une formulation complète dans le domaine fréquence du flux d’entropie en tenant compte et du flux d’entropie d’échanges et du flux d’entropie de création. Les nouveaux résultats établis montrent que la résistance thermique efficace ( partie réelle de l’impédance thermique ) est représentative de l’évolution de l’entropie de création et que la capacitance thermique ( partie imaginaire de l’impédance thermique ) est représentative de l’évolution de l’entropie globale. L’application de ces résultats à des matériaux de constantes thermophysiques connues permet de caractériser l’inertie thermique de ces matériaux et de définir les propriétés pour lesquelles ils peuvent s’associer en structures multicouches avec le moins de perte possible.

Mots clés : Entropie de création; Impédance thermique; Régime transitoire; Inertie thermique.

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