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Jacolot Ronan

Visualisation et analyse du comportement hydrodynamique et thermique de l'écoulement du fluide dans un caloduc rainuré

fr

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Index

École doctorale :

  • SPI&A - Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (1992-2009)

UFR ou institut :

  • UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)

Secteur de recherche :

  • Énergétique, thermique, combustion

Section CNU :

  • Énergétique, génie des procédés

Résumé

  • Français
  • English
 

Français

Visualisation et analyse du comportement hydrodynamique et thermique de l'écoulement du fluide dans un caloduc rainuré

Le caloduc est un dispositif de transport à haute performance dont le principe de fonctionnement repose sur le transfert thermique par changement de phase d'un fluide. Son utilisation est devenue courante sur les satellites de télécommunication afin d'en assurer le contrôle thermique. La majorité d'entre eux se compose d'une structure capillaire interne réalisée par des rainures axiales. La modélisation thermique et hydraulique des caloducs rainurés pour application spatiale nécessite une connaissance accrue du comportement des écoulements dans les rainures. Ainsi, même si l'écoulement est normalement laminaire, une surface libre gouvernée par les forces de capillarité rend difficile la détermination du coefficient de frottement au sein de la rainure. Un banc expérimental permettant la visualisation de l'interface liquide-vapeur au sein de différents profilés de caloduc a donc été développé. Cette expérience, associée à un programme de traitement d'images permet de déterminer la hauteur de liquide et du rayon de courbure du ménisque. La comparaison des résultats obtenus en écoulement laminaire isotherme, avec des simulations numériques ont permis de mieux appréhender l'influence de la tension de surface sur l'écoulement liquide. Dans un second temps, des développements conséquents du banc ont permis de l'aménager pour assurer des visualisations des interfaces liquide-vapeur en conditions thermiques. Les premières exploitations ont révélés des éléments intéressants de caractérisation du comportement du fluide dans la zone évaporateur du caloduc.

Mots-clés libres : capillarité, mesures optiques, perte de charge, simulation par ordinateur, changement d'état.

    Rameau (langage normalisé) :
  • Capillarité
  • Mesures optiques
  • Perte de charge
  • Simulation par ordinateur
  • Changement d'état (physique)

English

Heat pipe is a high performance device of thermal transfer which operation principle is based on the change of state of a fluid. Its utilization has become common on telecommunication satellite in order to assure the thermal management. Most of them are composed of an intern capillary structure made of axial grooves. High performance heat pipe modelling needs an increased knowledge of flow behaviour inside these grooves. Thus, even if this flow is usually laminar, a free surface governed by capillarity leads to many difficulties in the mean friction factor calculation. In this study, an experimental set-up has been developed in order to visualize the liquid-vapour interface for different axially grooved heat pipes. This experimentation, associated with image processing programs, allows the measurement of height of liquid and meniscus radius. The comparison between experimental results for an isotherm laminar flow and numerical simulations lead to a better knowledge of the surface tension influence on the liquid flow. In a second time, some modifications have been made on the experimental set-up in order to visualize the liquid-vapor interface in thermal condition. The first results have shown some interesting element concerning the characterization of the flow behaviour in the evaporator zone.

Keywords : capillarity, optical measurements, pressure drop, computer simulation, change of state.

Notice

Diplôme :
Doctorat d'Université
Établissement de soutenance :
Université de Poitiers
Établissement de co-tutelle :
Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique (Chasseneuil-du-Poitou, Vienne, département)
UFR, institut ou école :
UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)
Laboratoire :
L.E.T. - Laboratoire d'études thermiques
Domaine de recherche :
Energie, thermique, combustion
Directeur(s) de thèse :
Yves Bertin, Vincent Ayel
Date de soutenance :
05 mai 2008
Président du jury :
Daniel Petit
Rapporteurs :
Marc Prat, Jocelyn Bonjour
Membres du jury :
Yves Bertin, Alain Alexandre, Julien Hugon

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