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Marie, Alexandre. Contrôle et intensification des transferts par voie capillaire : conception et analyse d'un évaporateur à performances thermique et hydraulique découplées

Marie, Alexandre (2019). Contrôle et intensification des transferts par voie capillaire : conception et analyse d'un évaporateur à performances thermique et hydraulique découplées.

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Résumé en francais

Dans le contexte de l'aéronef plus électrique, la gestion thermique de multiples composants dissipatifs au sein d'un unique système de refroidissement apparait être une problématique critique. En particulier, l'utilisation de multiples évaporateurs intégrés à un système fluidique unique, permettant d'extraire localement la chaleur dissipée via la vaporisation du fluide caloporteur, est couramment envisagée. Toutefois, il apparait à l'heure actuelle difficile de maitriser les phénomènes associés à la vaporisation du fluide au sein d'un évaporateur alimenté en liquide par une source de pompage indépendante, imposée par le système de refroidissement complet. Ce contrôle des phénomènes apparaissant nécessaire à l'optimisation des performances thermiques et hydrauliques associées, l'étude d'une architecture particulière d'évaporateur a été menée. Celle-ci, via la mise en œuvre locale du pompage capillaire, doit en effet permettre l'extension et l'évaporation de films de liquide sur une surface chauffée indépendamment de l'écoulement de liquide fourni à l'évaporateur. Un dispositif expérimental a alors été mis en place, celui-ci étant constitué d'un prototype d'évaporateur basé sur cette architecture ainsi que d'un système de caractérisation thermique et hydraulique associé. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de décrire le fonctionnement général de l'évaporateur, notamment en matière de répartition des phases liquide et vapeur, tandis que les mesures de température et de pression mises en œuvre ont permis de quantifier les équilibres hydrauliques et les coefficients de transferts associés à cette configuration. Parallèlement à ce travail expérimental, différentes approches de modélisation de l'évaporateur ont été menées. Tout d'abord, une modélisation analytique de l'équilibre hydraulique global de l'évaporateur a permis de quantifier les mécanismes à l'origine des différents modes de fonctionnement observés et de prédire les limites expérimentales de ceux-ci. Par la suite, une modélisation numérique des écoulements et des transferts au niveau de la paroi chauffée a été développée afin de mettre en évidence les différents facteurs influençant les coefficients de transferts thermique mesurés dans notre configuration. Enfin, une première approche théorique d'optimisation géométrique de structure capillaire adaptée à cette configuration a été développée, celle-ci devant permettre, à terme, d'intensifier les échanges et/ou de repousser les limites de fonctionnement associées à l'évaporation du liquide.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Miscevic, Marc
Bertin, Yves
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Vaporisation - Pompage capillaire - Transferts de chaleur - Micro-fluidique - Modèle - Expériences
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :03 Jul 2019 10:09