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Contribution à l'analyse du comportement de caloducs oscillants à finalité spatiale par voies expérimentale et numérique

Les systèmes spatiaux (satellite, sonde, ...) intègrent de plus en plus d'équipements dissipatifs d'énergie.Cette complexité, couplée à des contraintes imposées en terme de réduction des volumes et des masses embarqués à bord de ces engins engendre un besoin croissant de solutions de contrôle thermique précises, fiables et autonomes. Dans ce contexte contraignant, les systèmes diphasiques de type caloduc et boucles fluides à pompage capillaire semblent incontournables en raison des capacités de transport de chaleur importantes qu'ils peuvent procurer et également grâce à leur fonctionnement passif et fiable. Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à la caractérisation du fonctionnement thermique d'un nouveau système de transport de chaleur diphasique passif : le caloduc oscillant. L'étude expérimentale menée a permis de caractériser les performances de deux prototypes de caloducs oscillants développés différant par la nature du fluide employé (eau et acétone) et par le diamètre du tube où circulent liquide et vapeur. Les effets induits par plusieurs paramètres complémentaires influents tels que le taux de remplissage, la puissance thermique ou l'angle d'inclinaison, ... sur le fonctionnement de ces deux dispositifs ont également été explorés. Les différentes campagnes d'essais ont révélé un fort potentiel de transfert de chaleur et un comportement beaucoup moins sensible aux forces de gravité qu'un caloduc conventionnel à pompage capillaire. A cette approche expérimentale s'ajoute une réflexion théorique destinée à modéliser le comportement thermohydraulique d'un volume élémentaire de fluide composé d'une seule bulle de vapeur et d'un seul bouchon de liquide, comportement engendré uniquement sous l'effet de sollicitations thermiques. Ce modèle a conduit en particulier à la mise en évidence de conditions favorables à l'apparition et l'entretien des oscillations du front liquide-vapeur.

Mots-clés libres : capillarité, simulation par ordinateur, changement d’état, bulles, écoulement instationnaire.

Rameau (langage normalisé) :
• Capillarité
  
• Bulles
  
• Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)
  
• Changement d'état (physique)
  
• Simulation par ordinateur