Etude physique et fonctionnement de l'évaporateur d'une pompe thermocapillaire : Modélisationet expérimentation

Capillary pumped loop evaporator: physic's analysis, modelling and experimental study of operating conditions.

• Auteur / Autrice : Vincent Platel
• Direction : Jean-Yves Grandpeix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Résumé

Ce travail réalisé en collaboration avec le centre national d'études spatiales (CNES) et la société Matra-espace, a pour objet l'étude, la conception et la réalisation d'une boucle diphasique à pompage thermocapillaire, destinée à assurer la régulation thermique des dispositifs embarqués dans les satellites. L'un des intérêts de ce système est qu'il ne nécessite aucun dispositif mécanique de pompage. En effet, la mise en mouvement du fluide est assurée par le saut de pression capillaire apparaîssant lors de la vaporisation d'un liquide saturant une mèche poreuse. L'étude de ce dispositif a été abordée sous le double aspect de l'expérimentation et de la modélisation. Une boucle fluide fonctionnant au R12 et d'une puissance de 500 w, comprenant deux évaporateurs en parallèle, a été réalisée et a permis d'étudier les performances de ce dispositif en fonction du diamètre des pores de la mèche et des pertes de charge que doit vaincre l'évaporateur. Elle a également permis de maîtriser les procédures de démarrage et de réamorçage consécutif à une surchauffe de l'évaporateur. Le programme modulaire zoom, réalisé à partir du formalisme d'évolution par transferts, a permis de modéliser avec précision les phénomènes de vaporisation au sommet de la mèche et d'analyser les couplages qui existent entre les divers processus mis en jeu. La conduite de liquide et l'évaporateur ont été traités en instationnaire, tandis que la conduite de vapeur, le condenseur et le réservoir de contrôle ont été traités en stationnaire. Les expériences ont mis en évidence un fonctionnement oscillatoire du dispositif, avec une période de quelques secondes. La modélisation, de son côté, a montré que le fonctionnement de l'évaporateur est intrinsèquement stable et qu'il n'existe pas de couplage suffisamment important entre l'évaporateur et le réservoir ou le condenseur pour qu'une instabilité à leur niveau soit répercutée ou amplifiée au niveau de l'évaporateur. On en tire la conclusion que les oscillations de pression du liquide se développent uniquement entre le condenseur et le réservoir de contrôle.