Etude expérimentale des performances d'un thermosiphon diphasique et modélisation

par Marco Antonio Wanderley Cavalcanti

Thèse de doctorat en Thermique et énergétique

Sous la direction de Monique Lallemand.

Le jury était composé de Monique Lallemand, Bernard Desmet, André Bontemps, André Lallemand.

Les rapporteurs étaient Bernard Desmet, André Bontemps.


  • Résumé

    Cette étude théorique et expérimentale a pour objectif de déterminer l'influence de différents paramètres - puissance thermique, taux de remplissage, inclinaison, température de fonctionnement - sur la résistance thermique globale d'un thermosiphon. Le dispositif expérimental se compose d'un tube cylindrique en cuivre, chargé en R113. La densité de flux à l'évaporateur varie entre 0 et 10 W/cm2. Le condenseur est refroidi par une circulation forcée d'eau. Les performances sont meilleures pour des températures élevées et, à température de fonctionnement fixée, la résistance thermique globale passe par un optimum avec l'augmentation de la puissance. Une recherche de l'inclinaison optimale a été effectuée. Un modèle de thermosiphon a été développé. Le condenseur est discrétisé selon des tranches elliptiques, qui correspondent à l'intersection du tube incliné avec des plans verticaux. Les coefficients d'échanges locaux sont calculés à partir de la théorie de Nüsselt, modifiée pour prendre en compte la géométrie elliptique et l'écoulement ondulatoire du film. A l'évaporateur, le coefficient d'échange est calculé par différentes corrélations issues de la littérature. Une comparaison entre les résultats théoriques et expérimentaux a été effectuée. Bien que le modèle ne prédise pas correctement la transition du régime laminaire au régime turbulent dans l'écoulement du film de condensat, la puissance transférée et la résistance thermique globale, calculées par le modèle sont en bon accord avec les valeurs expérimentales

  • Titre traduit

    = Experimental study and modeling of the performance of a closed two phase thermosyphon


  • Résumé

    This theoretical and experimental study aims to determine the effect of various parameters - heat transfer rate, fill charge, tilt angle, operating temperature - on the global thermal resistance of a two-phase closed thermosyphon. The experimental set-up is made of a cylindrical copper tube, filled with R-113. The heat flux supplied to the evaporator section vanes between 0 and 10 W/cm2. The condenser section is cooled by a forced convective water flow. The performances are better. For high operating temperatures and, at a fixed temperature, the global thermal resistance exhibits an optimum value as the heat transfer rate increases An optimum tilt angle was found. A thermosyphon model was developed. The condenser section is divided into elliptical sub volumes, corresponding to the intersection of the tilted tube with vertical planes. The local heat transfer coefficient is calculated using the Nüsselt theory, modified to take into account the elliptical geometry and the way film flow. The heat transfer coefficient of the evaporator is calculated using various correlations from the literature. A comparison between the theoretical experimental results was carried out. Although the model does not well predict the transition from the laminar to the turbulent flow of the condensate film, the heat transfer rate and the global thermal resistance predicted by the model are m good agreement with the experimental results.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.p.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2187)
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