Riadh Boubaker^1, ⋆, Yannick Lorgouilloux², Safouene Ouenzerfi¹, Souad Harmand^1
⋆ : boubaker.riadh@gmail.com
¹ Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique Industrielles et Humaines, Université Polytechnique Hauts-de-France
² Laboratoire des Matériaux Céramiques et Procédés Associés, Université Polytechnique Hauts-de-France
Mots clés : Boucle diphasique à pompage capillaire, Transfert de chaleur, Céramique bicouche, Changement de phase.
Résumé :

Cet article présente une étude expérimentale comparative entre les performances des poreux céramique uniforme et bicouche utilisées dans l’évaporateur des boucles diphasiques à pompage capillaire.

Les boucles fluides diphasiques à pompage capillaire sont des dispositifs qui utilisent la circulation d’un fluide et les propriétés du changement de phase liquide-vapeur dans un corps poreux pour transférer d’importantes quantités de chaleur sur des distances qui peuvent atteindre quelques mètres.

Les performances thermiques de ces boucles diphasiques à pompage capillaire dépendent essentiellement de la performance de l’évaporateur. En effet, l’évaporateur est le composant clé de ces systèmes de refroidissement grâce à la pression capillaire générée dans la structure poreuse qui assure la circulation du fluide dans tout le système sans aucun besoin d’un organe mécanique.

L’objectif de cet article est d’étudier le transfert de masse et de chaleur dans des mèches uniformes et bicouches en céramique.

Le dispositif expérimental que nous avons mis en place vise à représenter une section d’évaporateur d’une boucle diphasique à pompage capillaire. C’est un système ouvert contenant une mèche poreuse en céramique. Cet « évaporateur » est relié à un réservoir à niveau constant qui permet d’alimenter la mèche en fluide sous-refroidi. Le schéma de ce banc d’essai est présenté dans la figure ci-dessous. Les pertes de charges gravitaires sont contrôlées par l’élévation Delta h (la distance entre la partie supérieure de la structure poreuse et le niveau d’eau). Une résistance chauffante est installée pour réchauffer le fluide avant d’entrer dans la mèche poreuse. La surface supérieure de la structure poreuse est chauffée par le biais d’un bloc de laiton rainuré dans lequel est positionnée une cartouche chauffante. Afin de minimiser les pertes de chaleur avec le milieu environnant, le bloc de chauffe est isolé thermiquement à l’aide d’isolant en bakélite.

Deux échantillons sont testés : une première mèche poreuse uniforme (diamètre de pores de 700-800 μm) et une mèche poreuse bicouche. La mèche poreuse bicouche possède deux couches ayant la même porosité mais de taille de pores différentes (diamètre de pores de 700-800 et 400-500 μm).

Les résultats expérimentaux montrent que les propriétés capillaro-hydrauliques du poreux ont un grand impact sur la performance thermique de l’évaporateur. Les mèches bicouches en céramique permettent de réduire la température de la source chaude de 30 ^∘C. Les résultats obtenus de cette étude peuvent être de grande importance pour les concepteurs des boucles diphasiques thermo-capillaires.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2022-092

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