Thèse soutenue

Etudes expérimentale et théorique de diffuseurs thermiques diphasiques : application au refroidissement de systèmes dissipatifs

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Auteur / Autrice : Romuald Rullière
Direction : Monique LallemandFrédéric Lefèvre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique et thermique
Date : Soutenance en 2006
Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Le présent travail concerne les études expérimentale et théorique de diffuseurs thermiques diphasiques (DTD). Les DTD sont des systèmes de refroidissement efficaces (par changement de phase), qui permettent de transférer de la chaleur avec un faible gradient de températures. L'application visée concerne le refroidissement des piles à combustible ; il s'agit de réduire le volume du système de refroidissement et d'homogénéiser la température du coeur de la pile. Les résultats expérimentaux concernent un DTD en cuivre de surface importante par rapport au condenseur. En position verticale (mode de thermosiphon diphasique), les résultats obtenus pour le DTD chargé en méthanol montrent une différence de températures le long de l'évaporateur de 1,6 K pour une densité de flux imposée de 0,5 W cm-2 (85,5 W) alors qu'elle atteint environ 55 K pour le DTD vide. Ces résultats répondent aux objectifs de l'application des piles à combustible. Le DTD a été testé en position horizontale afin de déterminer ses performances lorsque la capillarité devient le moteur de l'écoulement. Des limites capillaires de 0,9 W cm-2 et 1,7 W cm-2 ont été déterminées expérimentalement respectivement pour le méthanol et l'eau. Pour le DTD chargé en méthanol, un microscope confocal a permis de mesurer le rayon de courbure de l'interface liquide-vapeur depuis l'évaporateur jusqu'au condenseur. Un modèle hydrodynamique, basé sur les équations de bilans et l'équations de bilans et l'équation de Laplace-Young, a été couplé à un modèle thermique du DTD. Ces modèles permettent de déterminer les évolutions du rayon de courbure de l'interface, des vitesses et des pressions du liquide et de la vapeur et le champ de températures le long du DTD pour une puissance thermique imposée. Les rayons de courbure et les températures mesurés sont en bon accord avec les résultats du modèle. Le modèle validé a permis de déterminer les dimensions optimales du DTD permettant d'obtenir une puissance maximale transférable importante avec une faible résistance thermique