Thèse soutenue

Conception et optimisation de dissipateurs thermiques de refroidissement électronique innovants

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Auteur / Autrice : Bineet Mehra
Direction : Daniel Bougeard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique, Energétique, Matériaux
Date : Soutenance le 08/03/2019
Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMT Lille Douai
Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Buchlin
Examinateurs / Examinatrices : Dominique Della Valle, Charbel Habchi, Serge Russeil
Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Fohanno, Hasna Louhalia

Résumé

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Cette thèse de doctorat s’intéresse aux mécanismes d’amélioration des transferts dans des géométries de dissipateurs thermiques à plaques et ailettes. Une première partie est consacrée à l’étude d’une configuration académique à l’aide de simulations numériques visant à obtenir une amélioration du transfert de chaleur conjugué en modifiant uniquement par des découpes la forme géométrique des ailettes planes conductrices. Une analyse locale approfondie de l’écoulement et des champs thermiques a été effectuée avec notamment le principe de synergie locale, des champs de vitesse et de gradients thermiques, pour comprendre l’effet des modifications géométriques. Ce mémoire présente également le développement de dissipateurs aux performances thermo-aérauliques augmentées pour des applications de refroidissement de coffrets électronique embarqués. L’intensification des transferts thermiques est obtenue par la génération d’écoulements secondaires qui provoquent un brassage de fluide et réduisent la résistance thermique à la paroi en perturbant le développement de la couche limite thermique. Différentes configurations de dissipateurs avec deux types de générateurs d’écoulements secondaires, paires d’ailettes Delta et protrusions, ont été étudiées numériquement, en employant une modélisation de type « RANS ». Les performances thermo-aérauliques des géométries munies de générateurs de vorticité ont été comparées à celle d’un dissipateur thermique de référence « lisse ». Des prototypes ont également été fabriqués et testés sur un banc expérimental spécifiquement développé pour réaliser des mesures des performances globales en termes de puissance thermique et de pertes de charge. Les résultats expérimentaux et numériques ont été confrontés afin de qualifier les simulations réalisées. Par la suite, une étude d’optimisation employant l’analyse factorielle Taguchi a été utilisée afin d’optimiser les paramètres géométriques des dissipateurs retenus. Deux fonctions objectif ont été considérées : la maximisation du facteur de performance thermique à iso puissance de ventilation (PEC) et la réduction de la température moyenne de paroi du dissipateur par rapport au cas de référence. L’analyse des performances thermo-aérauliques globales des géométries étudiées a été complétée par une analyse qualitative locale des champs thermiques et d’écoulement notamment avec le principe de synergie.