Modélisation du comportement thermique transitoire d’un caloduc : application au refroidissement de l’électronique associée à un alterno-démarreur

Modelling of transient thermal performances of heat pipes : application to the cooling of stator-alternator’s electronic components

• Auteur / Autrice : Ocho Raymond Sonan
• Direction : Souad Harmand, Daniel Léger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et énergétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Caloducs

Résumé

Ce travail étudie le refroidissement de composants électroniques d’un alterno-démarreur par caloduc en vue d’améliorer leur refroidissement. Il s’agit de prévoir et évaluer les performances d’un caloduc utilisé pour refroidir les composants électroniques. Cette étude est menée suivant deux axes : modélisation et expérimentation. La première étape consiste en l’élaboration de six modèles servant à analyser les performances du caloduc. Le premier modèle dit « modèle de dimensionnement » sert au dimensionnement du caloduc et à établir des critères d’intégration du caloduc. Le deuxième modèle dit « modèle zéro dimension » (0D) permet de déterminer la réponse transitoire du caloduc soumis à la charge thermique du composant électrique de l’alterno-démarreur. Le troisième modèle dit « modèle thermique 2D transitoire » simule le comportement thermique et les performances locales du caloduc ; à travers le bilan des transferts thermiques et massiques de l’enveloppe du caloduc. Le quatrième modèle dit « modèle thermohydrodynamique transitoire » a été développé et adapté pour la simulation des spreaders (diffuseurs thermiques). Afin d’intégrer les complexes mécanismes de transferts thermiques et massiques à l’interface liquide-vapeur phénomènes, un modèle de microscopique de l’interface a été développé. Ce modèle est dut « modèle d’évaporation de la microrégion ». La phase expérimentale consiste en la conception et la réalisation d’un banc d’essai expérimental. Les tests expérimentaux sont menés en vue de disposer d’une base de données expérimentales viable pouvant servir à la validation des modèles élaborés.

This work is aimed to study the transient performances of heat pipe used to cool electronics components of stator-alternator. The study consists of two stages: modelling and experimentation. The first stage consists in developing multiple scale modelling used to analyse heat pipe’s performances. The first model, denoted “helps-design model” is developed for manufacturing and designing procedures of heat pipe. The second model “0D”, is based on a lumped analysis of a heat pipe subjected to the heat flux released by the electronic components. The second model is a “2T” model taking into accounts both the evaporator and condenser temperatures. The third model is a transient 2D thermal model of conductive effects in the wall and the wick of the heat pipe and the forth one is a transient 3D model coupled to a 2D hydrodynamic model were the flow in both wick and vapour core are computed. An interesting comparison of the results performed with these models lets know the more adapted model in the process of flat heat pipe design for electronic components thermal management. In order to account for the microscopic mechanisms of heat and mass transfers, a microscopic model of the liquid-vapour interface is developed. The second stage is devoted to the experimental study. It consists of designing and manufacturing an experimental set-up. Improved experimental investigations are being performed in order to provide a validation of the present model.