Thèse soutenue

Contribution à la compréhension des phénomènes de condensation siégeant au sein d'une chambre de vapeur à ailettes creuses intégrées
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Auteur / Autrice : Élise Bérut
Direction : Frédéric LefèvreStéphane LipsValérie Sartre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Thermique et énergétique
Date : Soutenance le 01/10/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône) - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon / CETHIL
Jury : Président / Présidente : Nolwenn Le Pierrès
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Lefèvre, Stéphane Lips, Valérie Sartre, Nolwenn Le Pierrès, Yves Bertin, Marc Miscevic
Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Bertin, Marc Miscevic

Résumé

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Les chambres de vapeur sont des systèmes de refroidissement diphasiques passifs et efficaces qui sont notamment utilisés dans le domaine de l’électronique. Elles sont généralement associées à un dissipateur à ailettes métallique refroidi par convection naturelle ou forcée. Dans ce mémoire, une chambre de vapeur à ailettes creuses intégrées est étudiée. Cette configuration permet un allègement du système et un gain en performance grâce à la condensation du fluide de travail à l’intérieur des ailettes. L’effet de la présence de gaz incondensables dans un condenseur à ailettes creuses est analysé expérimentalement et par une modélisation numérique. Par ailleurs, comme le refroidissement par convection limite les performances du système, une réduction du diamètre des ailettes est requise pour augmenter leur nombre et, ainsi, la surface d’échange totale. Un diamètre réduit peut toutefois entraîner la formation de bouchons de liquide au sein des ailettes et dégrader leurs performances. Ce phénomène a été visualisé grâce à la réalisation de condenseurs transparents en polymère à ailettes creuses. Il y a donc un compromis à trouver entre l’optimisation des performances en convection et le maintien d’un régime de condensation qui permette le bon fonctionnement du système. Différentes pistes ont été explorées à l’aide de résultats issus de la littérature, d’un modèle numérique et d’essais expérimentaux afin de déstabiliser les bouchons de liquide et de favoriser le drainage du condensat vers l’évaporateur. L’utilisation d’ailettes de section transversale triangulaire semble pertinente pour réduire leur taille en évitant la rétention de liquide, mais le gain réalisable sur la surface d’échange convective reste modeste (de l’ordre de 15 %). L’interconnexion entre les ailettes du condenseur donne des résultats plus prometteurs. En effet, des ailettes interconnectées de diamètre intérieur 2 mm fonctionnent avec l’eau comme fluide de travail malgré la formation de bouchons de liquide, ce qui n’est pas le cas d’un condenseur à ailettes indépendantes de diamètre 5 mm.