Contribution à la fabrication et la compréhension du comportement thermique de structures capillaires optimisées pour les boucles diphasiques à pompage thermo-capillaire

Contribution to the manufacturing and the understanding of the thermal behaviour of capillary structures dedicated to Loop Heat Pipes

• Auteur / Autrice : Rémi Giraudon
• Direction : Valérie Sartre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique et énergétique
• Date : Soutenance le 15/01/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône) - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon / CETHIL
• Jury : Président / Présidente : Yves Bertin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Sartre, Yves Bertin, Ghislaine Bertrand, Marc Prat, Laurent Gremillard, Stéphane Lips
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ghislaine Bertrand, Marc Prat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Mots clés libres

Loop heat pipe

Boucle diphasique capillaire (LHP)

Pompage thermo-Capillaire

Transfert de chaleur

Modèle analytique

Comportement thermo-Hydraulique

Evaporation

Loop heat pipe

Two-Phase capillary loop

Thermo-Capillary pumping

Heat transfert

Analytical model

Thermal-Hydraulic behaviour

Evaporation

Résumé

Les boucles diphasiques à pompage thermo-capillaire de type LHP (pour Loop Heat Pipe, en anglais), dont le fonctionnement s’apparente à celui d’un caloduc, permettent un transfert de chaleur particulièrement efficace et entièrement passif entre une source chaude et une source froide. Ce transfert s’effectue au moyen d’un fluide diphasique, mû grâce à la force motrice capillaire générée par un matériau poreux contenu dans l’évaporateur/réservoir de la LHP. Outre son rôle de barrière hydraulique entre les phases liquide et vapeur, ce matériau doit assurer une fonction de barrière thermique afin de favoriser l’évaporation du liquide. L’aptitude du matériau à remplir ses fonctions dépend étroitement de sa microstructure, elle-même liée à la méthode de fabrication. Dès lors, l’objectif de la thèse est d’associer la science des matériaux à celle de la thermique, pour améliorer les procédures de fabrication de structures capillaires existantes ou tester de nouvelles méthodes, et aboutir à des structures dont les caractéristiques sont en adéquation avec celles qui sont recherchées.

The capillary pumped loops (CPL) or loop heat pipes (LHP), whom the operating principle is similar to classic heat pipes, enable an efficient heat transfer between a hot source and a cold source without additional energy sources. Indeed, a porous structure provides a capillary force that enables a two-phase fluid to circulate around the loop, transferring the heat from the evaporator to the condenser. The porous structure acts as a hydraulic barrier between the two phases and as a thermal barrier enabling the liquid evaporation. The ability of the capillary structure to fulfil its mission depends on its microstructure, and thus on the manufacturing process. Therefore, the objective of the present thesis is to join the thermal sciences with the material sciences in order to improve the existing manufacturing procedure or even to test new ones. It aims at obtaining capillary structures corresponding to heat transfer applications.