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

par Ronan Jacolot

Thèse de doctorat en Énergie, thermique, combustion

Sous la direction de Yves Bertin et de Vincent Ayel.


  • Résumé

    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.


  • Résumé

    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.

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  • Détails : 1 vol. (205p.)
  • Annexes : Bibliogr.43 ref.

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