Thèse soutenue

Ébullition dans les micro canaux : influence du rapport d'aspect sur le transfert thermique local
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Sofia Korniliou
Direction : Souad HarmandKhellil Sefiane
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique. Énergétique, matériaux
Date : Soutenance le 12/01/2018
Etablissement(s) : Valenciennes en cotutelle avec University of Edinburgh
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
Jury : Président / Présidente : George Serghiou
Examinateurs / Examinatrices : Souad Harmand, Khellil Sefiane, Jérôme Bellettre, Yan Yuying, Julien Carlier
Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Bellettre, Yan Yuying

Mots clés

FR  |  
EN

Mots clés contrôlés

Mots clés libres

Résumé

FR  |  
EN

L’ébullition en micros canaux est une technique de refroidissement très prometteuse pour les composants en microélectronique. Ces derniers, de plus en plus miniaturisés, nécessitent souvent la dissipation de densités de flux importantes, pouvant atteindre quelques MW m-2 pour maintenir des températures acceptables. L’objet de cette étude est de mieux comprendre les instabilités des écoulements, le transfert thermique par changement de phase tout comme l’effet des rapports de forme (a) sur l’apparition de sites de nucléation à la surface de micro canaux. L’analyse des échanges convectifs locaux lors de l’ébullition a été réalisée dans le cas de micro canaux de rapport de forme allant de 0.3 à 3 et de diamètres hydrauliques allant de 50 à 150 μm. Le banc d’essai a été instrumenté de manière à pourvoir mesurer simultanément les températures de surface à l’aide capteurs en film mince de nickel, de capteurs de pressions instantanées et de caméra rapide pour la visualisation du phénomène d’ébullition. Le chauffage du fluide a été réalisé à l’aide du dépôt en couche mince d’un film résistif en aluminium directement appliqué à la surface des micro canaux. L’étude expérimentale a permis d’analyser les phénomènes de changement de phase par ébullition, du transfert thermique local ainsi que la chute de pression de l’écoulement. En particulier, le travail expérimental a permis de mettre en évidence les effets sur le transfert, du rapport de forma a, de la température de sous refroidissement du fluide à l’entrée des canaux et de la dynamique de formation et de grossissement des bulles. Des fluctuations importantes de pression et de températures ont été enregistrées pour des températures de surfaces avoisinant les 250 °C. Les micro canaux avec a= 1.5 et Dh =120 μm, correspondent à la configuration la plus performante. Les mesures par thermographie infrarouge (IR) combinées à la visualisation par caméra rapide et aux mesures des fluctuations de pressions par capteurs piézoresitifs, ont été réalisées dans le cas de canaux en Polydimethylsiloxane (PDMS) de grand rapport de forme (a = 22) et de diamètre hydraulique Dh =192 μm. L’objectif était d’identifier des cartographies bidimensionnelles et instationnaires de coefficients d’échanges convectifs dans le cas d’un micro canal utilisant un fluide diélectrique le FC -72. La double visualisation par thermographie infrarouge et par caméra CCD rapide a permis de corréler la dynamique de l’ébullition, et notamment le grossissement des bulles, l’asséchement et ou le mouillage des parois, aux coefficients d’échanges convectifs locaux.