Refroidissement de composants électroniques de puissance par immersion dans un fluide diélectrique : étude des échanges par ébullition-condensation-convection

= Immersion Cooling of Power Electronic Components in a Dielectric Fluid : Boiling/Condensation/Convective Heat Transfer

• Auteur / Autrice : Christian Tantolin
• Direction : Monique Lallemand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre de Thermique de l'INSA de Lyon (Lyon, INSA ; 1982-1995)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Monique Lallemand, Ulrich Eckes, Michel Gery, André Lallemand, Prabodh Panday, Jacques Pantaloni
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Prabodh Panday, Jacques Pantaloni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diélectriques liquides

Ébullition

Fluides de refroidissement (réacteurs nucléaires)

Résumé

Dans le domaine ferroviaire, les composants électroniques de puissance, places dans une cuve étanche et ailetée, sont refroidis par ébullition d'un fluide diélectrique: R113 ou FC72. La vapeur générée se condense sur la paroi de la cuve refroidie extérieurement par une convection forcée d'air. Dans un tel système, de nombreux modes de transfert thermique interviennent: ébullition confinée pour les semi-conducteurs, condensation sur la paroi interne ailetée du tube, échange convectif, d'une part entre la paroi et l'air externe, d'autre part entre la paroi et le fluide diélectrique. De plus, il y a interaction entre le jet diphasique issu des semi-conducteurs et le fluide environnant. Cette interaction modifie les mouvements convectifs dans la cuve et donc l'échange convectif interne entre le liquide et la paroi. Tous ces phénomènes étant couples, l'étude de l'échange thermique global est complexe. Une étude expérimentale a permis de dégager les paramètres qui ont le plus d'influence sur les performances thermiques du système. Par ailleurs, différents modèles élémentaires, un pour chaque mode de transfert, ont été développés puis couples afin d'établir un modèle de fonctionnement thermique d'une cuve. La concordance entre les résultats théoriques et expérimentaux est assez bonne. Avec le modèle, l'influence thermique résultant de la modification d'un paramètre est conforme à l'expérience, par conséquent, ce modèle sera très utile lors de la phase de conception d'une cuve.

In railways traction, power electronic components are cooled with boiling of a dielectric fluid (Rl 13 or FC72) inside a finned sealed tank. Vapour is condensed on the tank wall which is cooled by an external air-flow. In such a system, many heat transfer mechanisms occur : confined boiling for the components, condensation on the internal finned wall, convective heat transfer between the wall and the external air flow and between the wall and the enclosed liquid. Furthermore, the interaction between the two-phase jet issuing from the heat sources and the enclosed liquid influences the convective flows in the tank, and then influences the convective heat transfer. As each mechanism depends on the other, the heat transfer study in the tank is complex. A experimental study allows the identification of the main parameters influencing the thermal performance of the system. Moreover, several models were developed (one for each heat transfer mechanism) in order to establish a global model of the tank. The agreement between theoretical and experimental results is good. Furthermore, the thermal effects due to the modification of a parameter are the same for the model and the experiment, thus this model can be used for the design of the tank.