Thermohydraulique de l'hélium II diphasique en circulation forcée

Thermohydraulics properties of two-phase helium II in forced flow

• Auteur / Autrice : Laurent Grimaud
• Direction : Jean-Marc Delhaye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Écoulement diphasique

Cryotechnique

Hélium

Résumé

Des expériences ont été réalisées avec l'aide financière du laboratoire européen pour la physique des particules (Cern) pour simuler et comprendre le système de refroidissement du large hadron collider (LHC) par l'helium II. Le schéma de refroidissement du LHC consiste en un bain statique d'hélium II sous pression (1 bar), contenant les aimants supraconducteurs, refroidi par une circulation d'hélium II diphasique. L'expérience consistait à faire circuler un écoulement diphasique stratifié co-current, chauffe uniformément ou non, dans un tube de 40 mm de diamètre intérieur, long de 86 m et incliné vers le bas de 1. 4% par rapport à l'horizontale. Le débit-masse total du mélange diphasique et la température étaient compris respectivement entre 1. 5 g/s et 6. 3 g/s, 1. 8 k et 2 k. Une description complète de l'écoulement a été obtenue en mesurant le débit-masse total, le titre massique en vapeur, le taux de vide, le périmètre mouille de la conduite et la perte de pression totale par différents indicateurs. Les résultats des mesures ont été clarifies grâce à des mesures visuelles obtenues à l'aide d'une camera Cmos refroidie à la température de 150 k environ. Pour des faibles vitesses superficielles de vapeur (Vgs<4M/S), l'écoulement est stratifié. Un modèle basé sur cette observation a été développé. Le modèle, adapté pour des écoulements adiabatique et diabatique, comprend des relations de fermeture exprimant les contraintes de frottement pariétales et interfaciale. Le modèle est en très bon accord avec les pertes de pression totales mesurées. Cependant, le périmètre mouillé prédit par le modèle sous-estime les mouillages mesurés, notamment pour des fortes vitesses superficielles de vapeur (Vgs<4 M/S). Dans ce cas, une amélioration de l'échange thermique en paroi semble indiquer l'arrachement et l'entrainement de gouttelettes de liquide dans l'écoulement. Finalement, le modèle a été utilisé par calculer des paramètres importants relatifs au tube échangeur du LHC (longueur, diamètre, type de cuivre à utiliser).