Dynamique de transitions de phase et échanges de chaleur dans l'oxygène et l'hydrogène en ambiance spatiale

Dynamics of the phase transitions and heat transfers in oxygen and hydrogen in weightlessness

• Auteur / Autrice : Guillaume Pichavant
• Direction : Daniel Beysens, Michel Favre-Marinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique
• Date : Soutenance le 27/01/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CEA/D R F M C
• Jury : Président / Présidente : Alain Mailfert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Beysens, Michel Favre-Marinet, Denis Chatain, Bernard Zappoli, Maria lucia Carvalho da silva, Luc Bousquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Garrabos, Christine Chevillon, Philippe Davy

Mots clés

Mots clés libres

Transition de phase

Transfert de chaleur

Oxygène

Hydrogène

Microgravité

Compensation magnétique

Phase transition

Heat transfer

Oxygen

Hydrogen

Microgravity

Magnetic compensation

Résumé

Ce travail de recherche, réalisé en collaboration avec le Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA) et le Centre National d'Études Spatiales, vise à apporter une contribution supplémentaire sur le phénomène de l'ébullition (thermohydraulique diphasique). Il traite plus particulièrement de la crise d'ébullition, c'est à dire la transition irréversible de l'ébullition nucléée vers l'ébullition en film, pour mettre en évidence les mécanismes responsables de son déclenchement.L'approche est principalement expérimentale et s'effectue à l'aide d'installations de compensation magnétique de la gravité permettant de reproduire en laboratoire les conditions de microgravité nécessaires à la réalisation de l'étude. L'oxygène et l'hydrogène sous forme diphasique et proche des conditions critiques servent de fluides d'étude. Les moyens techniques disponibles au Service des Basses Température (SBT) du CEA de Grenoble permettent de mener à bien le travail.L'objectif est double: d'une part, montrer que la compensation magnétique de la gravité est une technique intéressante pour compléter les moyens habituels de compensation inertielle; d'autre part, contribuer à la recherche fondamentale sur la crise d'ébullition.Les jalons pour y parvenir sont multiples: mise en évidence des avantages et des faiblesses de la compensation magnétique par l'étude approfondie du champ magnétique; conception, fabrication et assemblage des cellules d'essai; qualification et réglage des installations expérimentales; enfin, réalisation des campagnes expérimentales de validation des modèles.

This research work, performed with the help of the French Atomic Energy Committee and the French Space Agency, tries to bring a new contribution regarding the boiling phenomenon. It deals in particular with the boiling crisis, which corresponds to the departure from nucleate boiling towards film boiling, and tries to underline the governing mechanisms of its trigger.The approach is mainly based on experiments. They are realised with the help of magnetic gravity compensation apparatus which contribute to reproduce in laboratory the microgravity conditions needed to realise the study. Two-phase oxygen and hydrogen placed in near-critical conditions are the study fluids. The technical resources which are available at the Low Temperature Department of CEA Grenoble give a useful help to have the work well done.The purpose is dual: on the one hand, to show that magnetic compensation of gravity is an interesting technique to complete the usual inertial compensation means; on the other hand, to contribute on the critical heat flux basic research.The topics are numerous: showing the advantages and the weaknesses of the magnetic compensation with a deep magnetic field study; designing, manufacturing and assembling experimental cells; qualifying and setting up the experimental apparatus; eventually, performing the model validation experiments.