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

par Ahlem Bensalem

Thèse de doctorat en Thermique

Sous la direction de Yves Bertin et de Jocelyn Bonjour.


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical investigations of pulsating heat pipes behaviour for space applications


  • Résumé

    Spacecrafts (satellite, space probe,. . . ) are integrating more and more heat dissipative equipments. Such a complexity, combined with the imposed constraints concerning the reduction of volumes and masses on board these devices, leads to a growing need of accurate, reliable and passive thermal control solutions. In this constraining context, phase-change thermal management systems such as heat pipes or loop heat pipes seem inevitable because of their substantial heat transfer capabilities and of their passive operation. This thesis is devoted to characterise a new phase-change thermal management system operation : pulsating heat pipe. The experimental investigation which has been conducted allowed determining the performance of two pulsating heat pipe prototypes. These two systems have a different inner diameter and they have been tested using two distinct working fluids (water and acetone). The induced effects of several parameters such as the filling ratio, the heat input or the inclination angle,. . . On the operation of these devices have also been explored. Different tests revealed a substantial heat transfer potential and a less sensitive behaviour to gravity forces than a conventional heat pipe. A theoretical approach has been added to this experimental work. It aims at modeling the thermohydrodynamic behaviour of an elementary control volume composed of a single vapour plug and a single liquid slug. It has been shown that oscillations can occur even if the system is submitted only to thermal stresses. This model led in particular to show favourable conditions to the appearance and maintenance of liquid-vapour interface oscillations

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VI-190p.)
  • Annexes : Bibliogr.p.157-160, 54 réf.

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